20钢焊接Y型过滤器材质性能分析

某石化公司烯烃厂高温水Y型过滤器服役时发生了突然爆裂，其服役时间为9年，壳体为20钢无缝钢管，环焊对接。钢管外径240mm、壁厚12mm，工作时内压约4.0MPa、管内的水温为240~300℃、管外环境温度约60℃，爆裂发生在焊缝附近。

对Y型过滤器失效焊缝未爆裂部分及其附近材质的化学成分进行了化学分析，结果如表1所示。可见，失效焊缝和基体的化学成分比较接近，主要成分均在正常成分范围内。

对Y型过滤器失效焊缝未爆裂部分及其附近的基体材质的力学性能进行了测试，结果如表2所示。可见，Y型过滤器失效焊缝的延伸率(δ)和V形缺口试样夏比冲击吸收力(AKV)均较基体材料的明显降低。同时，虽然焊缝的屈服强度(σa)与基体的差别不大,但其抗拉强度(σb)明显较低。这些数据均表明焊缝区材质存在一定程度的劣化，可以推断出在残余应力或循环热疲劳载荷作用下，焊缝区更易于萌生裂纹和裂纹易扩展。

20钢Y型过滤器失效断口附近不同部位经4%硝酸酒精溶液浸蚀后的显微组织形貌。可见，基体组织较均匀，由细小的铁素体和珠光体组成，夹杂物颗粒较小，密度较低，基本为球状且均匀分布；焊接热影响区和焊缝区的组织明显粗化且分布不均，不仅具有条状马氏体和魏氏体组织，且明显存在蠕变孔洞和微小裂纹，这可能是由于Y型过滤器内壁生成腐蚀产物及结垢使得管壁温度持续偏高并引起珠光体球化和蠕变，导致管壁材质的组织劣比，进而致使其力学性能下降。