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【第三届原创】钢包烘烤中开裂事故分析

clt11

2010/10/11

物性测试综合讨论

4#钢包开裂事故的分析报告

2009年10月份我公司炼钢厂4#钢包在烘烤耐材时出现大面积开裂问题，特征如下：

此事故公司极为重视，特委托我作以下分析报告，予以参考：

一、对钢包材料质量的判断

首先钢包的制作图纸要求：材质20G，承载元件的厚度分别是：罐体钢板厚度25mm，罐底钢板厚度50mm。

1.成分检测的结果如下：表一

钢板已经加工变形，无法进行物理力学性能检验，同时由于国标成分重合，仅从化学分析上无法判断材质为20G或Q235.

备注：20G的国标现已经作废，代替标准为Q245R，从成分来看，P、S超标以及V Nb Ti Al含量过低，可以判定以上钢板材质不符合Q245R。但由于图纸注明材质为20G，所以所有分析均依据旧国标，即ＧB713---1997。

2.尺寸检测结果如下：表二

推断结论：20G牌号已于2008年9月1日起废除，如厂家不能提供材质质量证明书，再加上尺寸偏差不合，也可初步判定材质为Q235。

二、对钢板断口及断裂原因的分析判断

钢包程整体断裂，其断裂处大致分为两块，即板面断裂和焊口断裂，如图所示

图一图二

从钢板断口外观形状上来看，断口上有金属光泽，有明显的结晶颗粒，断面几乎平齐并呈银灰色应该属于结晶状断口，且无肉眼可见的层状组织以及明显夹杂，这是一种正常的断裂形态，。通过卡尺测量未发现断裂处有明显的塑性变形，收缩极小，同时断口有人字纹，可以判定钢板的断裂方式为宏观脆性断裂。

（注: 宏观脆性断裂可以在低应力条件下，通常不超过屈服点，沿材料表面，内部缺陷、微裂纹处急剧扩展）。

影响脆性破坏的因素有以下几种：

1.化学成分（没有问题）

2.冶金缺陷（从化学成分及断口形态上看不明显，但未作金相分析）

3.温度（硫磷很低，不具备冷热脆条件，同时考察过炼钢的烤包情况，根据烤包方法、钢板厚度、传热系数，力学性能以及其他包的情况认为4#钢包开裂事故不是由于内外表面温度大形成扩张和收缩应力造成的）

4.应力集中

5.其他因素：如氢脆（不怎么多见）

推断结论：如果前三种和最后一种可以基本排除的话，那么我认为应力集中是造成钢板断裂的主因。对于钢结构来说，应力的构成相对复杂，相对于我们的现实情况来说应力主要有两个来源及钢板残余应力和焊接应力。

三、对钢包制作工艺上的分析

钢包属于高温容器，同时制作过程中存在较多的板材变形及焊接过程，而这两个过程极易产生应力，同时，冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆，所以YB4175—2008规定冶金用钢水罐在焊后必须经过去应力处理，规定优先采用热处理方法，同时质量证明书必须注明去应力的处理报告，可见钢包制作过程中应力的危害极其重要。实际上，钢包的热处理需要非常大的加热炉以及相关配套设备，一般小厂很难实现。YB4175—2008还规定对钢板及焊接质量进行探伤处理，从以下图片可以看出，4#钢包的焊接质量不仅在断裂处，在其他部位也存在极大的问题，应该没进行过探伤处理。

四、对断裂源及断裂过程的判断

初步推断断裂源位于焊接部位，因为焊接口处存在焊接缺陷，具体表现在焊口有气孔，夹渣和焊接裂纹，一般情况下结构的破坏多从裂纹处开始，裂纹处残余应力严重且集中；资料记载施焊过程也会造成构件内的残余拉应力，同时焊缝过于集中和截面突然变化，都有助于造成脆性断裂。同时钢板中砷含量也较高，砷高时对焊接也有明显影响。具体断裂源判断为下图五处：

此处为T型焊口，焊缝集中，，焊接缺陷大，断口面积大，且上下左右均有断裂带。
综上所述，我推断整个钢包断裂原因和过程是这样的：钢板在变形和焊接过程中产生了很大的应力，同时冷加工过程也会让钢材变脆，但钢包制作完成后未做除应力处理（或做的不彻底），接着高温烤包导致应力平衡发生较大变化，同时释放，而此时由于焊口的缺陷无法抵抗所释放的应力，造成图五处焊口开裂，焊口开裂造成的较大变形力使钢板沿应力垂直方向断裂，同时也引起其他焊口的开裂。

精
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大陆

第1楼2010/10/11

图片看不见，能不能以附件传上？

0

clt11

第2楼2010/10/11

为什么图上不去，干脆做到附件中吧

0

精
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hzhxjz

第3楼2010/10/11

应该是焊接质量问题，而非母材问题。

0

社区=冬季=

第4楼2010/10/11

图片可以用QQ的方式截图后上传。

如果能看下金相组织就好了

0

社区=冬季=

第5楼2010/10/11

你说最后是因为焊缝的夹杂问题，那么这次事故发生后探伤拍片没？

0

社区=冬季=

第6楼2010/10/11

但不知道他这个钢包用了多久？
hzhxjz(hzhxjz) 发表:应该是焊接质量问题，而非母材问题。

0

clt11

第7楼2010/10/11

第一次用，新的

0

wxwupengxu

第8楼2010/10/11

新钢包出现这样的问题首先应该是质量问题，其次应该与应力有关，应该在焊接后进行探伤。

0

star_05240721

第9楼2010/10/12

質量問題,樓主分析得很詳細

0

mlb2003

第10楼2010/11/03

楼主前面分析材质与要求也存在不符，不知道是否继续追踪了？工件焊接后通常都会及时进行退火处理来消除焊接应力，不进行去应力退火的可能性不大（通常不会这么出工艺），估计是没有处理好！

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