menu

不銹鋼材料

您的當(dāng)前位置:網(wǎng)站首頁 > 不銹鋼材料 > 某公司輸氣管道項(xiàng)目中304不銹鋼管破裂的原因分析

某公司輸氣管道項(xiàng)目中304不銹鋼管破裂的原因分析

來源:至德鋼業(yè) 日期:2020-08-19 17:11:26 人氣:1376

 某公司輸氣管項(xiàng)目使用的304不銹鋼管,采用焊接方式連接,焊接工藝為手工電弧焊,304不銹鋼管內(nèi)輸送介質(zhì)為含硫化氫等腐蝕介質(zhì)的富氨液,管內(nèi)介質(zhì)壓力0.5MPa,介質(zhì)溫度35~45℃,運(yùn)行半年后停產(chǎn)半年,復(fù)產(chǎn)時即在鋼管焊接接頭附近發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。通過宏觀低倍、微觀金相、化學(xué)成分分析以及掃描電鏡分析等一系列方法,對該304不銹鋼管裂紋形成原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:該304不銹鋼管的破裂原因?yàn)檫B多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂,通過向該304不銹鋼管內(nèi)吹掃氬氣,密封兩端口,可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。焊接時降低焊接電流,加快焊接速率,減小焊接熱影響區(qū)的范圍,也可降低連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的可能性。


 某公司輸氣管項(xiàng)目使用奧氏體不銹鋼管,牌號為304,型號為DN350,壁厚為5mm,鋼管采用焊接方式連接,焊接工藝為手工電弧焊工藝。該奧氏體不銹鋼管內(nèi)輸送介質(zhì)為含硫化氫等腐蝕介質(zhì)的富氨液,管內(nèi)介質(zhì)壓力0.5MPa,溫度35~45℃,運(yùn)行半年后停產(chǎn)半年,復(fù)產(chǎn)時即在鋼管焊接接頭附近發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。為確定裂紋的形成原因,本工作在該奧氏體不銹鋼管裂紋附近切?。奔嚇?,對其裂紋形成原因進(jìn)行了分析。


一、理化檢驗(yàn)


  開裂奧氏體不銹鋼管形貌貌見圖,由圖可見:焊接熱影響區(qū)寬度達(dá)20mm,裂紋均產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)內(nèi)。


 1. 低倍檢驗(yàn)


  在奧氏體不銹鋼管裂紋附近切?。奔v截面低倍試樣,觀察鋼管的裂紋擴(kuò)展深度情況及鋼管的低倍組織。試樣采用50%(體積分?jǐn)?shù),下同)鹽酸水溶液侵蝕后,其縱低倍組織形貌見圖。由圖可見:裂紋是從內(nèi)表面向外表面逐漸擴(kuò)展的,除熱影響區(qū)附近的裂紋外,未見其他不允許的冶金缺陷。由圖可見:鋼管主裂紋基本呈橫向,枝裂紋沿主裂紋兩側(cè),呈網(wǎng)狀裂紋擴(kuò)展。


 2. 化學(xué)成分


 304不銹鋼管的化學(xué)成分分析結(jié)果見表。由表可見,各元素含量均符合GB/T 1220-2007 標(biāo)準(zhǔn)的要求。


 3. 宏觀斷口形貌


  將裂紋掰開后,裂紋斷口宏觀形貌見圖。由圖可見:斷面上有一層黑灰色的腐蝕產(chǎn)物,但依稀可見斷口是呈結(jié)晶狀的脆性斷口。


 4. 金相檢驗(yàn)


  在低倍試樣裂紋處切取高倍試樣,磨制其縱向面,在光學(xué)金相顯微鏡下觀察,裂紋微觀形貌見圖。裂紋呈網(wǎng)狀裂紋,經(jīng)王水溶液腐蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察,裂紋為沿晶裂紋。鋼管焊縫處顯微組織為奧氏體+鐵素體,熔合線處顯微組織為奧氏體,鋼管基體顯微組織為奧氏體,鋼管基體晶粒度為4.5級,熱影響區(qū)晶粒度也為4.5級。


 5. 掃描電鏡分析結(jié)果


  將304不銹鋼管裂紋掰開后,采用掃描電鏡觀察斷口表面清洗前后的形貌,裂紋斷口表面形貌,見圖。由圖可見:整個斷面均為冰糖狀沿晶斷口。腐蝕產(chǎn)物微區(qū)成分能譜見圖,以硫、鐵、氧等元素為主。


二、分析與討論


 該304不銹鋼管在焊接熱影響區(qū)內(nèi)產(chǎn)生裂紋,并且焊接熱影響區(qū)較寬。通常情況下,若焊接過程中產(chǎn)生裂紋,多為焊接結(jié)晶時產(chǎn)生的焊接熱裂紋,或焊后一段時間產(chǎn)生的焊接冷裂紋。而奧氏體不銹鋼管開工使用半年后未見裂紋,停工半年后復(fù)工時立即發(fā)現(xiàn)裂紋,這表明裂紋并非焊接裂紋。


 由裂紋宏觀形貌可見,裂紋有主干,有分支,主干裂紋為橫向裂紋,裂紋產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)附近,此處在焊接接頭收縮應(yīng)力下,必然存在軸向的焊接拉伸殘余應(yīng)力;從裂紋斷口宏觀和微觀形貌來看,裂紋斷口面上存在腐蝕產(chǎn)物。這表明,該奧氏體不銹鋼管既受軸向拉伸殘余焊接應(yīng)力,又受腐蝕作用,因此該304不銹鋼管裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋。


 由裂紋斷面腐蝕產(chǎn)物成分可見,腐蝕產(chǎn)物主要含硫、鐵、氧等元素;從裂紋斷面微觀形貌可見,裂紋斷口為冰糖狀的沿晶斷口。這表明,該304不銹鋼管應(yīng)力腐蝕破裂可能為硫化物應(yīng)力腐蝕破裂或者連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂,不是含氯離子的應(yīng)力腐蝕破裂。而奧氏體組織對硫化物應(yīng)力腐蝕破裂最不敏感,該鋼管組織全為奧氏體,對硫化物應(yīng)力腐蝕最不敏感,產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕破裂的可能性最小,因此,該304不銹鋼管破裂應(yīng)為連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂需要介質(zhì)因素、材料因素和應(yīng)力因素綜合作用,缺一不可。


  1. 介質(zhì)因素即鋼管內(nèi)壁存在連多硫酸或連多硫酸鹽,連多硫酸一般是由空氣中的氧氣、水和金屬硫化物發(fā)生反應(yīng)而生成的。從該奧氏體不銹鋼管破裂的情況來看,鋼管內(nèi)介質(zhì)含硫化氫,在使用過程中硫化氫和管壁的鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫化鐵,鋼管在停工半年期間,鋼管必通風(fēng),空氣中的氧氣和水進(jìn)入管內(nèi),必然和管壁內(nèi)的硫化鐵發(fā)生反應(yīng)生成連多硫酸。因此,該304不銹鋼管破裂具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì)因素。


  2. 材料因素?fù)?jù)有關(guān)資料介紹,常規(guī)碳含量的奧氏體不銹鋼在敏化溫度(430~815℃)區(qū)間停留,會對應(yīng)力腐蝕破裂敏感。該破裂鋼管材質(zhì)為常規(guī)碳鋼,裂紋位置位于焊縫熱影響區(qū)內(nèi),熱影響區(qū)必然經(jīng)過敏化溫度區(qū)間的短暫停留,即具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的材料因素。


 3. 應(yīng)力因素鋼管壁厚5mm,但焊接熱影響區(qū)寬度則高達(dá)近20mm,盡管裂紋不是焊接裂紋,但是,焊接熱影響區(qū)較寬,焊接后由于焊接接頭的收縮,熱影響區(qū)部位必然存在較大的殘余軸拉伸應(yīng)力作用。因此,該304不銹鋼管具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力因素。


  綜上所述,該304不銹鋼管同時具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì)因素、材質(zhì)因素和應(yīng)力因素,這就進(jìn)一步證實(shí),該304不銹鋼管破裂為連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。因該304不銹鋼管需焊接,應(yīng)力因素不可避免,但降低焊接電流,加快焊接速率,減小焊接熱影響區(qū)的范圍,即可降低鋼管焊接后的殘余焊接應(yīng)力,從而可降低鋼管連多硫酸應(yīng)力腐蝕的可能性。另一方面從介質(zhì)因素改進(jìn),該奧氏體鋼管在使用過程中,不可避免會在內(nèi)壁產(chǎn)生硫化鐵,在停工時,應(yīng)用氬氣吹掃管內(nèi)的空氣和水分,并立即密封鋼管的兩端口,避免管內(nèi)存在空氣和水分,即可避免連多硫酸的產(chǎn)生,因此可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。事故責(zé)任方根據(jù)本工作提供的預(yù)防措施,鋼管停工時,用氬氣吹掃管內(nèi)的空氣和水分,并立即密封鋼管的兩端口,未再出現(xiàn)裂紋事故。


三、結(jié)論


 1. 該304不銹鋼管裂紋為連多硫酸應(yīng)力腐蝕裂紋。


 2. 向該304不銹鋼管內(nèi)吹掃氬氣,密封兩端口,可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。焊接時降低焊接電流,加快焊接速率,減小焊接熱影響區(qū)的范圍,也可降低連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的可能性。


至德微信.jpg

本文標(biāo)簽:304不銹鋼管 

發(fā)表評論:

◎歡迎參與討論,請?jiān)谶@里發(fā)表您的看法、交流您的觀點(diǎn)。

北京 天津 河北 山西 內(nèi)蒙 遼寧 吉林 黑龍江 上海 江蘇 浙江 安徽 福建 江西 山東 河南 湖北 湖南 廣東 廣西 海南 重慶 四川 貴州 云南 西藏 陜西 甘肅 青海 寧夏 新疆 臺灣 香港 澳門