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C 5 阀体开裂失效分析 陆文斌 ，林山，应长根 ，刘玉骏 上海沪航阀门有限公司，上海2 0 0 1 3 5 摘要简述 了美国试验与材料学会标准A S T M A 2 1 7 一 C 5 阀体开裂的缺陷特征，检测了阀体的化学 成分、力学性能、显微组织和断口形貌，并从铸造工艺、热处理工艺、机加工工艺和焊补工艺 等技术角度分析了c 5 阀体铸件开裂的主要原因，提出了防止c 5 阀体开裂的建议。 关键 词c 5 阀体铸件 ；开裂；缺 陷分析 中图分 类号 T G 2 6 0 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 - 3 3 2 0 2 0 1 5 0 4 0 0 3 8 0 3 Fa i l ur e Ana l y si s o f C5 Val v e Bod y Cr a ck i n g L U We n b i n ， L I N S h a n ， YI N G C h a n g g e n ， L I U Y u j u n S h a n g h a i H u h a n g V a lv e C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 1 3 5 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e a me r i c a n s o c i e t y f o r t e s t i n g a n d ma t e r i a l s s t a n d a r d AS TM A2 l 7 一C5 v a l v e b o d y c r a c k i n g d e f e c t f e a t u r e s wa s b ri e fl y d e s c r i b e d ． T h e c h e mi c a l c o n s t i t u e n t s ． me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ． mi c r o s t r u c t u r e an d f r a c t u r e mo r p h o l o g y o f t h e v a l v e we r e d e t e c t e d ． T h e ma i n r e a s o n s for t h e c r a c k i n g O f C5 v a l v e b o d y we r e a n a l y z e d f r o m t h e c a s t i n g t e c h n o l o g y , h e a t t r e a t me n t t e c h n o l o g y , ma c h i n i n g t e c h n o l o g y a n d r e p a i r we l d i n g t e c hn o l o g y , a n d t h e s u g g e s t i o n for p r e v e n t i n g t h e c r a c k i n g o f C5 v a l v e b o d y wa s p r e s e n t e d ． K e y wo r ds C5 va l ve b od y c a s t i ng； c r a c ki n g； d e f e c t a na l ys i s C 5是 美 国 试 验 与 材 料 学 会 标 准 A S T M A2 1 7中 的耐 热 铸 钢 牌 号 之 一 ， 相 当 于 我 国 的 ZG1 Cr 5 Mo。这 种钢 主要用 于5 3 8℃ 以下高温 工 况 ，是 石 化采 炼 行 业 中最 常 用 的 高 中压 耐 热 阀 门钢种 之一 。该钢 的铸造 、热处理和 铸件缺 陷补 焊等 热加工 工艺较 为复杂 ，缺陷补焊 不 当，或 由 热 处理工艺操 作不 当等原 因，均会造 成 阀体 在高 温 高 压 下 产 生 裂纹 ，进 而 造 成 壳 体 泄漏 。本 文 对 之前行 业 内曾发生 的一起规格 为DN2 5 0 mm、 P N41 0 6 P a 、材质为C 5 的铸钢 阀体 ，在使用温度 为3 8 0 4 0 0℃、使用压力为P N2 1 0 P a 的工况 条件下，对 出现 的裂纹及原 因展开讨论与分析 。 1 缺 陷特 征 图l 为开裂 的C5 阀体外形 及开裂 区 域宏观 形 貌 。由图1 可知， 阀体 的法兰根部 出现两处裂纹 ， 一 个较 为 明显 ，已开裂 到铸件 表面 A法兰根 部 箭 头所指方 向 ；另一个铸件 表面未 见裂纹 ，隐 藏在铸件内部，但射线探伤检测到内部存在裂纹 B 法 兰根部箭头所指方 向。裂纹发生 的部位 ， 法 兰与通径 外表面相 交处均 为直角 ，未有倒 角过 渡 。 图1 开 裂C 5 阀体 外形 及开裂区域形貌 收稿 日期 2 0 1 5 0 2 0 1 作者简介陆文斌 1 9 5 3 一，男，工程师，主要从事阀门金属材料和热加工技术工作 1 8 I z。 s年 第 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 达且存在疏松等缺陷，裂纹区域疏松成片聚集破坏 了金属的连续性 ，使聚集处有效面积减少 ，也正是 这种缺陷的存在 ，是造成 阀体开裂 的原因之一。形 成这些铸造缺 陷的主要原因是钢水凝固补缩不 良， 铸件 内部疏松 ，这与浇注温度 、钢水浇入量、浇 冒 口的体积和位置等铸造工艺设计有关 。 3 ． 2热处理 工艺 C 5 阀体铸件的热处理工艺是正火 回火，金 属显微 组织是 贝氏体或较细 的珠光体 铁素体 。从 表2 的的数据可 以看 出，铸件 的强度偏低 ，特别是 屈服 强度 过低而 塑性较 高 ，这可 能是淬 火工艺不 当或 回火温度偏 高造成 。由于热 处理工 艺操作不 当 ，使得 阀体基 体 的力学性 能不足 ，铸 件强度 不 够 ，不过这还 不是造成 阀体开裂 的直接 原 因。铸 件在淬火冷却中所造成的组织应力无疑会对铸件 疏松区域形成应力冲击和加大应力集中趋势，同 样是引发阀体 开裂 的原 因之一 。 3 ． 3 机 加工工艺 按机加工的相关规定 ，凡加工面与任何面垂直 相交 ，相交处应倒 圆角处理 ，以减少加工应力 。但 从 图 1中可 以看出，阀体两边法兰 正反两面均为机 加工面，开裂的阀体边法兰反平面与通径相交处均 为直角 ，没有 以尺圆角过渡造成 了应力集 中，是造 成 阀门开裂 的原因之一 。产生机加工应力的主要原 因是不按工艺加工，加工法兰反平面时往往 “ 一刀 落 ” ，法兰根部相交处未加工出圆弧角。 3 ． 4补焊工 艺 C5 阀 门铸 件 正 确 的焊 补 工 艺 至 少 对铸 件 缺 陷及 周 围区域进 行3 0 0℃左右 的预热 ，然后用 R5 0 7 焊条施焊 ，施焊后还要 马上进行7 2 0℃左右 的回火 处理 ，以减 少焊接 应力和调 整补焊 区 的硬 度 文献[ 1 ] 规定 ，缺 陷处焊材 的硬度 必须接近母 材 或保 持一致 ，熔 化 区、热影 响区和母材 的硬度 差最多不超过2 HR C。 从 图1 可 以看 出，法兰B径 向开裂在铸件 内部 R T 法探 出暂 时未泄漏 ，但从 图7 可 以看 出 ， 母材与焊材交界处和堆焊 区均存在裂纹 。事实 上 ，开裂 阀体在补焊 过程 中未经预热 ，补焊 后又 未经 回火处理 ，这 说 明了铸 件 内部裂 纹是在 补焊 时所产生 。 图7 法兰B 径向试样开裂形貌 4 结论 1 A法兰面 开裂 的原因铸造工艺不 当，使 铸件存在疏松缺陷；热处理工艺不 当，使得铸件强 度不够，并且在淬火冷却中对铸件疏松区域造成应 力冲击、加大应力集 中趋势 ；法兰反平面与通径相 交处没有 以R圆角过渡，也造成 了应 力集中。 2 B 法 兰面开裂 的主要 原因是补焊 时未进 行 预热和焊后处理。 3 建议铸件进 厂后 ，应进行材质 、尺寸和外 观等常规检查 。必要 时，还应对铸件 的硬度和显微 组织进行检查 ，按AS ME B1 6 ． 3 4 的规定进行射线探 伤检测 。严格按照铸造工艺、热处理工艺 、机加工 工艺和焊补工艺执行，并做好相关的纪录。 参考文献 [ 1 ] NAC E MR 0 1 7 5 2 0 0 2 ， 油 田设备用抗硫化应 力腐 蚀的金 属 材料[ s ] ． 公益广告 4 0 I 2。 l5年 第 4期 构 建 和 谐 社 会 大 环 境 倡 导 文 明 环 保 新 气 象 铸 造 工 程 编 辑 部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m