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不锈钢法兰开裂原因

2020-04-07 10:58:40 点击数:

1理化分析首先对开裂法兰的化学成分进行了分析
分析结果表明,法兰和焊接材料的化学成分符合相关标准的要求。分别对法兰颈外表面和密封面进行布氏硬度测试,布氏硬度测试值符合JB4728-2000标准要求。
在材料化学成分合格的前提下,硬度试验合格,管道安装符合技术要求,以及压力测试操作规范,管道法兰裂缝在压力测试过程中,这意味着所生成的缺陷相关的内部结构法兰或其他未知因素。
2裂纹性质分析
2.1 表面裂纹形貌将泄漏法兰从管道上切断,并进行了全面的宏观检查。发现法兰内表面有裂纹,最长长度为3mm,宽度为0.5 mm。裂纹及其附近已经产生了铁锈。法兰螺栓孔内表面也出现较多裂纹。在法兰密封面等部位发现大量非金属夹杂物。部分非金属夹杂物从法兰密封面表面脱落,形成小凹坑,最大凹坑尺寸2.0mm,最小凹坑尺寸0.8 mm。凹坑边缘有明显的微裂纹。
对同一厂家和同一批次的其他奥氏体不锈钢法兰进行现场宏观检查,发现许多法兰存在不同程度的缺陷,有些法兰外表面有明显的裂纹。宏观检测结果进一步表明,法兰泄漏与法兰本身有关。
2.2 剖面裂纹形貌为了进一步探究法兰泄漏的真正原因,我们随机选取了同一厂家、同一批次、密封面因非金属夹杂物脱落而形成小凹坑的平焊法兰,进行了解剖,并将其分为大小不均匀的三部分。仔细观察其断面发现,法兰的6个断面中有4个出现明显的裂缝,裂缝几乎贯穿整个断面。
选取某一断面,经粗磨、精磨、腐蚀观察,裂纹更为明显,几乎贯穿整个断面。裂缝有一定的宽度。大多数裂纹的间隙中含有黑色非金属夹杂物。其中一个夹杂物距法兰密封面约3.0mm,直径2.5mm。从夹杂物上部到密封面有明显的补焊痕迹。补焊面积约380mm2,补焊深度3.0 mm。
在这个新建的工艺管道中,使用的管道组件不是老产品,而是新采购的产品。在法兰截面上发现了若干含非金属夹杂物的裂纹。可以初步确定裂纹的产生与大量非金属夹杂物有关。然而,截面上的修焊痕迹是一个令人费解的异常现象。
2.3 金相组织分析为了进一步探究裂纹产生的原因,查明新购法兰在组装焊接到管道之前是否进行过修焊,并对法兰截面的裂纹位置进行金相检验。
对法兰截面上有补焊痕迹的部位进行精磨、抛光,100倍显微镜观察裂纹更清晰,裂纹较长处含有体积较大的条状非金属夹杂物和散布在截面上的点状非金属夹杂物;裂纹尖端光秃钝,裂纹两侧未见明显异常现象。金相组织中含有枝晶奥氏体,是一种典型的奥氏体不锈钢焊接接头组织。
3裂纹性质判定根据上述法兰裂纹形态、断裂特征、裂纹微观形态和金相组织的分析结果,表明该裂纹发生在法兰生产过程中,属于沿夹杂尖端的锻造裂纹。为了消除法兰表面的明显裂纹,在出厂前对法兰进行了补焊。
4裂纹成因分析
4.1 大量存在的非金属夹杂物,是裂纹产生的根源由于法兰锻造坯料中含有大量非金属夹杂物,在锻造过程中体积夹杂物被反复锻造成区域夹杂物,导致材料中夹杂物尖端产生锻造裂纹。较大的夹杂物在锻造后会产生较大的裂纹。体积较小的夹杂物经锻造后会形成尺寸较小的微裂纹。这些裂缝大部分是埋在地下的裂缝。
锻件毛坯加工后,部分埋地裂缝成为表面裂纹,这是宏观检测中法兰、螺栓孔内外表面出现大量微裂纹的原因。对于法兰表面尺寸较大的裂纹,为了使产品出厂,厂家采取了抛光、消除表面裂纹、补焊、返工等措施,使法兰外观不出现明显的缺陷。这也是Farland的修焊面积为380mm2,修焊深度为3mm的原因。
4.2 锻制裂纹在试验压力作用下进一步扩展,致使法兰最终泄漏大量的非金属夹杂物会降低材料的塑性和韧性。裂纹内夹渣会导致裂纹尖端应力集中,法兰无法承受外部荷载。因此,在压力试验过程中,当试验压力达到0.6MPa时,法兰会出现裂纹和泄漏。
5采取的措施
1、更换所有有问题的法兰。
2、继续寻找本设备所用的其他同厂家同批次的管件,并采取相应的检验方法确认是否合格。
3、除重新检查新更换法兰的化学成分和力学性能外,还应进行宏观检查,对其几何尺寸和表面光洁度进行评估,并检查有无几何尺寸异常不连续性。

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