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摘 要

304H耐热钢应用广泛，耐高温，加工机械性能好且组织稳定性好，强度高，耐高温氧化性优良。但国内发生了多起304H三通管焊接接头爆裂事件，通常将原因归结于不良的焊接工艺导致了焊接接头性能的不稳定。本文通过对内蒙古304H三通管爆炸事件的焊接接头进行失效分析发现，爆炸发生在304H耐热钢管内部，断裂是由于内部的闪爆，304H耐热钢来不及变形造成的。通过工艺流程，我们可以进一步确认，是因为管道内气体的置换不完全，在达到爆炸浓度和温度后，发生了爆炸，导致了304H三通管的炸裂。这为进一步解决304H焊接头爆裂提供了新的方向。

关键词：爆炸，304H耐热钢，晶间腐蚀，闪爆，失效分析

Cause Analysis of the Longitudinal Weld Explosion of Three-way Pipe in the Inner Mongolia

Abstract

304H heat resistant steel is widely used, because of excellent high temperature resistance, mechanical properties，good organization stability, high strength and good corrosion resistance. However, a lot of incidents about 304H three pipe welded joint cracking occurred in China. The cause of the accident is usually attributed to the poor welding process, which leads to the instability of welded joints. In this paper, by failure analysis of welding joint explosion of 304H three pipe in Inner Mongolia, it is found that, the explosion occurred inside the 304H heat resistant steel pipe. The pipe fracture is due to internal explosion, rather than caused by the deformation of 304H stainless steel. After researching the process, we can further confirm that, because the replacement of the gas in pipeline is not complete, when it reach the explosion concentration and temperature of the explosion, the explosion of the 304H three pipe happened. This study provides a new direction for further solving the burst of 304H welded joint.

Keywords: explosion, 304H heat resistant steel, intergranular corrosion, flash explosion, failure analysis

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 304H耐热钢简介 1

第二章 304H三通管爆炸的初步分析 3

2.1 304H耐热钢常见的失效形式 3

2.1.1应力腐蚀开裂 3

2.1.2点腐蚀 3

2.1.3晶间腐蚀 3

2.1.4腐蚀疲劳 4

2.1.5缝隙腐蚀 4

2.2 现场调查 4

2.3 304H焊接接头的性能研究 6

2.3.1 晶间腐蚀理论 6

2.3.2 焊缝晶间腐蚀试验 7

2.4 小结 9

第三章 304H三通管爆炸失效分析 10

3.1 失效分析简介 10

3.2 304H三通管失效分析 10

3.2.1试验结果 10

3.2.2 结果分析 21

3.3分析结论 21

第四章 结论 23

参考文献 24

结语 27

致谢 28

绪论

背景及意义

1.1.1 研究背景

304H耐热钢应用广泛于工业各个领域，尤其是过程装备领域，但国内发生了多起304H管道焊接接头爆裂事件，如深圳某核电厂弯头失效、山东某石化公司三通管道爆炸失效等事故。^【1】通常这类事故的处理结论是将原因归结于不良的焊接工艺导致了焊接接头性能的不稳定。^{【2】【3】}但是，提高焊缝焊接质量之后依旧会有此类事故发生。

本文研究的是内蒙古某煤化科技公司发生爆炸的三通管，使用于甲醇精馏设备上，管内介质为蒸汽，最高操作温度约为400~500℃，材质是304H,属于奥氏体耐热钢。经过设计计算校核，并结合服役工况，理论上认为该三通管的应该能够满足实际使用要求，但此管在试运行期间发生爆炸，且爆炸出现开放式裂口，并没有呈现碎片状。

1.1.2 研究意义

本文对甲醇精馏设备的三通管爆炸碎片进行失效分析，主要分析有两点：焊接接头强度和管内气体反应。通过研究，查明此次304H三通管失效的原因，提出相应的解决意见，从而指导解决工程实际问题，并为此类问题后续的研究提供新思路。

1.2 304H耐热钢简介

随着工业需求的发展，为满足工业领域对材料的要求，各种组织稳定性好，强度高，耐腐蚀性优良的耐热钢相继诞生。通常我们所说的不锈钢，是指一定环境下一定介质中能够耐腐蚀的合金钢。常见的不锈钢有两种分类方法：一种是按根据组织内含有的主要合金元素，分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种则按照在正火状态（钢材的组织、性能均匀）下，合金钢的组织状态划分，分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体—铁素体不锈钢等等。^{【4】【5】}这其中，以奥氏体不锈钢为最重要的钢种之一。奥氏体不锈钢是在高铬不锈钢中添加适当的镍元素，从属于Fe-Cr-Ni系合金,即美国的AISI300系。奥氏体不锈钢不仅拥有良好的耐腐蚀性能, 加工机械性能以及焊接性能，还有很广的耐温度范围，最低可达-196℃最高达800℃。^【6】

304H耐热钢是日本上世纪80年代,根据当时工业的需要开发的具有比一般18-8型不锈钢更耐高温更持久的一种新型奥氏体耐热钢，GB牌号为OCr18Ni9.304H 。304 耐热钢由于优良的耐蚀性、耐热性以及低廉的价格，是奥氏体不锈钢中在工业领域使用最为广泛的，应用于建筑、汽车、船舶、核电等制造业。^【7】

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