15CrMoR中厚板錐體壓裂事故原因分析與探討

付春明

（大慶油田化工有限公司，黑龍江 大慶 163000）

1 背景介紹

（1）錐體小端直徑φ2385，大端直徑φ1910，錐頂角15o，厚度t=55，材質15CrMoR，材料供貨商舞陽鋼鐵。

（2）該錐體采用瓣片模壓預成形，再裝配拼焊縱縫，二次校形的成型工藝。

（3）錐體外協校形環節，母材撕裂，裂紋源自錐體小端，沿厚度方向貫穿，隨后沿母線擴展。裂紋照片見圖1。

2 原因核查

（1）材料原因。錐體母材撕裂，不由的將核查重心引向原材料性能。

原材料15CrMoR(t=55)，供貨狀態正火+回火。化學成分與力學性能見表1和表2。

表1 15CrMoR(t=55) 化學成分（質量分數） %

圖1 錐體母材裂紋照片

經核查，原材料各項性能均滿足標準規范和材料采購技術條件要求。

（2）工藝方案。如原材料各項性能均有保證，下一步核查應著重工藝方案和細節。

錐體成形工藝：瓣片壓形→組對→拼焊→無損檢測→外協校形（冷成形）。裂紋出現于母材。焊縫、熔合線及熱影響區完好。說明焊接工藝、焊材選用、無損檢測時機選取和適用的評判級別恰當。在外協校形前，焊縫以及鄰近熱影響區，性能可靠，缺陷可控。而在制作過程的校形環節出現裂紋，而裂紋源于錐體小端，推測裂紋產生于板材火焰切割下料階段，局部受火焰切割影響，端面形成的淬硬層，校形過程前，未足夠打磨清理，圓角過渡不佳，未針對性輔助表面檢測篩查裂紋。隨著在校形過程中，壓制力沿錐體母材向端部傳遞，端部尖角處，轉角處局部應力遞增，形成應力集中，而結構的不連續使得應力得不到緩和釋放。裂紋的存在，加之局部的過載，勢必引起母材撕裂。工藝方案細則未充分考慮冷態校形所有變數。本身工藝方案存在漏洞。

表2 15CrMoR(t=55) 力學性能

（3）斷口分析。從母材撕裂、錐體小端、截取試塊，從橫截面斷口形貌觀察，裂紋紋路清晰，屬于典型尖端裂紋，在外力引導下，延伸擴展，最終形成脆性斷裂形貌。裂紋始于錐體小端轉角處。從斷口分析，再次印證，端部微裂紋擴展最終導致撕裂。

綜上所述；下料氣割形成的端部淬硬區微裂紋，錐體端部打磨不充分，是造成校形開裂的主要因素。校形過程，加之梯次過大是造成裂紋迅速擴展，進而斷裂的次要因素。

3 整改與返修

（1）更換瓣片。割除裂紋板片，尋找合格同材質余料，劃線下料，組隊成形，拼焊。錐體端部打磨，大R角圓滑過渡，端部正反面均需磨除淬硬層，露出金屬光澤。整錐體表面，打磨除去突起，拼縫磨至與表面齊平。

（2）工藝優化。送外協前，增加廠內無損檢測比例和范圍，不僅拼縫射線探傷，整錐體全部表面MT檢測篩查微裂紋。錐體表面局部弧坑或凸起等不連續區域補焊或打磨至與母材齊平。

（3）改冷成型工藝為溫成型。校形前入爐加溫至400℃,出爐后，裝夾固定，校形終溫控制≥150℃。

（4）裝夾固定，額外增加側向支撐，如圖2。側向滾輪可提供多點支撐，防止卷制力引起錐體竄動。根據實際經驗竄動會導致載荷突變，載荷瞬時變化將導致峰值應力遞增。側向固定，多點支撐目的即為了消除載荷波動。

（5）均勻緩速加力，減小卷制力遞增梯度，同一卷制力，加長持續卷制圈數，校形過程持續緩慢進行。

4 結語

（1）中厚壁Cr-Mo鋼成形工藝應關注原材料強度、韌性、淬硬傾向性。大于50mm厚板材卷制或校形，推薦采用溫成型工藝。

（2）成型前表面隨機硬度檢測，其目的主要是檢查分瓣鋼板四周邊緣是否存在微裂紋。若存在微裂紋，該微裂紋很可能在后期校形過程中發展成長，導致錐體開裂。

（3）錐體卷制、校形，應關注端部打磨質量，端部打磨可消除過渡凸起、毛刺、棱角和焊縫外觀所存在的不良缺陷。臨近錐體端部50mm范圍內表面檢測MT或PT，排查微裂紋。

（4）工藝文件應具體明確、加力緩速均勻，減小應力梯度。

圖2 端部側向支撐

[1]GB 713-2014，鍋爐和壓力容器用鋼板[S]．

[2]GB 150．2-2011，壓力容器 第二部分：材料[S]．

[3]劉濟平,李發林,余更孫．一次筒節整體脆斷的原因分析[J]．制造工藝．

[4]陳夏賓．超高壓鍋筒筒節的溫卷溫復圓技術論證[J]．應用技術．