管帽-封头
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中国石油大庆石化公司化肥厂合成氨装置合 成气压缩机高压汽轮机入口高压蒸汽管道上的管 帽产生了开裂泄漏．装置随即按程序停车，避免了 一次重大事故。该高压蒸汽管道于1976年投入使 用。已经使用了36a。管道尺寸规格为4,355ram× 23．8 mln．材质为ASTM335标准的P11牌号，国内 牌号相当于12CrlMoV材质．管帽为P11钢锻造成 型(其化学成分见表1)，管帽材质SA335一P11力 学性能：O'b≥415 MPa。tr,>，205 MPa。按照正火热处 理供货状态。其金相组织应该为铁素体+珠光体。 管道内蒸汽压力为10．5 MPa。温度为430℃。
观察开裂管帽外观形貌．发现管帽外壁环焊 缝下部的一侧有一条环形裂纹。裂纹并非笔直。呈 现波浪形水平环向延伸。管帽外壁环形裂纹弧线 长度测量为266mill。裂纹开裂宽度很窄，只有0．6 rain左右。环形裂纹处和下侧区域的防腐漆脱落严 重。
从环焊缝位置切割开管帽后．发现管帽内壁 腐蚀不严重．在与外壁裂纹对应的部位也有一条 环形疑似裂纹痕迹，其弧线长度测量约为90mm。 根据管帽外壁和内壁宏观形貌、裂纹长度对比以 及裂纹开裂宽度，可以初步判断出，管帽裂纹萌生 于外壁，向内壁方向扩展。
在管帽裂纹处截取出5个试样．其中2个试 样为裂纹两侧部位(未穿透裂纹)，3个试样为裂纹 中间区域(穿透裂纹)。利用体式显微镜观察试样 的外壁和内壁表面形貌．发现管帽外壁的波浪形环形裂纹穿透整个壁厚．到内壁后汇合成比较平 直的裂纹，这就是管帽内壁上观察到的疑似裂纹。 从管帽未穿透裂纹试样宏观形貌可以看出．管帽 外壁有一段环形裂纹，而内壁未发现裂纹．管帽外 壁裂纹扩展到接近内壁时停止。这些进一步证明。 管帽裂纹萌生于外壁，向内壁方向扩展。
管帽裂纹试样断口宏观检查分析 将3个穿透裂纹试样破开．用超声波清洗机 清洗干净．利用体式显微镜观察试样的断I：1宏观 形貌．结果显示管帽断El整体表现出脆性断裂形 态．断口外壁一侧不平整。有多个裂纹源汇聚形成 的裂纹扩展台阶。断口内壁一侧比较平整．在内壁 处有一窄条试样破开时断裂的新鲜区．这充分证 明了管帽裂纹是从外壁向内壁扩展。 从管帽裂纹试样断El的宏观形貌．可以推断 出管帽开裂属于延迟裂纹(经过较长时间周期孕 育和扩展)，断口形貌表现出脆性，符合应力腐蚀 开裂或疲劳开裂(高温疲劳或热疲劳)特征。
从管帽断口表面低倍微观形貌可以看出．断 口表面未发现应力腐蚀特有的二次裂纹特征．断 口低倍微观形貌呈现出疲劳条带形态。而表面高 倍微观形貌(图3)可以看出。断12I表面覆盖一层腐 蚀产物．由表3腐蚀产物成分检测结果可以看出． 断El表面腐蚀产物成分主要为铁的氧化物．未发 现硫化物和氯化物。
管帽整体宏观断口属于脆性断裂．无明显塑 性变形．因而排除了超压过载塑性断裂的可能性， 而符合脆性断裂的失效形式有：超低温条件脆断、 高温损伤石墨化脆断、晶间腐蚀脆断、应力腐蚀开 裂、疲劳开裂。
管帽使用无超低温条件．而金相组织中无高 温损伤石墨化现象，也无晶间腐蚀痕迹，因而可以 排除超低温条件脆断、高温损伤石墨化脆断、晶间 腐蚀脆断的可能性。 管帽材质为CrMo耐热钢．对卤化物介质应力 腐蚀比较敏感．但是管帽开裂断口表面腐蚀产物 成分只有铁的氧化物。并未发现任何硫化物。应力 腐蚀开裂的一个显著特征为二次裂纹．而管帽断 口表面以及附近金相组织中均未发现二次裂纹。 并且。
管帽如果是应力腐蚀开裂，应该在内壁先萌 生裂纹而后向外壁扩展．而管帽实际失效条件是 在外壁先萌生裂纹而后向内壁扩展。因此．可以排 除管帽应力腐蚀开裂的可能性。
最后．管帽的脆性断裂只能是疲劳(高温疲劳 或热疲劳)断裂这一种可能，并且管帽裂纹断口的 宏观和微观形貌(疲劳条带)也符合高温疲劳或热 疲劳的断口特征。 高温疲劳是材料在高温环境下产生的蠕变与 应变循环叠加的疲劳[·]：热疲劳是温度大幅度变化 导致循环热应力的疲劳断裂形式[¨．二者失效机理 具有本质区别。 管帽里的高压蒸汽压力比较平稳．未出现剧 烈变化。
蒸汽压缩机的震动很小。也不可能传递到 此处，因而可以排除高温疲劳的可能性。所以。管 帽开裂只能是热疲劳。 综上所述．管帽热疲劳开裂失效原因是管帽 外侧保温铁皮密封不严．每次下雨都会有少量雨 水渗入管帽开裂部位附近．高温管帽外壁受雨水 急冷收缩，管帽外壁局部产生很高的拉伸热应力。 使用了36 a的管帽受雨水急冷产生热应力的交变 循环次数可以达到数千次．足以在管帽外壁产生 裂纹并向内扩展。造成管帽开裂泄漏。
