不锈钢标准

您的当前位置:网站首页 > 不锈钢标准 > 高压化肥用不锈钢无缝钢管弯制断裂事件分析

高压化肥用不锈钢无缝钢管弯制断裂事件分析

来源:至德钢业 日期:2020-03-17 15:26:38 人气:209

  浙江至德钢业有限公司针对高压化肥设备用不锈钢无缝钢管弯制过程中突然断裂的情况,从外观尺寸、化学成分和力学性能、金相组织、冷弯硬化及热处理等方面分析了原因;并探讨了GB/T14976-2012制造的304不锈钢无缝钢管局限性。对弯制前钢管进行正火处理后.低温冲击功上升到,弯管再未发生断裂。认为若未严格正火处理(或终轧温度不符合正火温度或未经空冷),用于高压系统会潜在一定的安全隐患:用户订购高压化肥设备用无缝钢管时应采用2012年7月1日实施的GB/T14976-2012,化工企业应加强对高压化肥设备用无缝钢管的重视,对库存或设备改造的旧钢管更应谨慎使用。至德钢业发现在一次弯制高压化肥设备用不锈钢无缝钢管(以下简称“高化管”)弯头时,制作过程中弯头突然断裂。弯制工艺为冷弯成形。弯头中273mmx40mm、半径为3D、材质为304不锈钢。高化管内部承受高压、高温,且管内介质是易燃、易爆、有毒有害的气体,一旦发生事故,后果不堪设想,因此,对高化管在弯制时发生断裂的研究很有必要。


一、事件概况


   高化管的弯制作业在室内进行,环境温度为7℃,当弯头弯到300时崩裂,断裂口源于弯头的外弧侧,从外弧中心线开裂,然后沿横向两侧扩展至全截面.外弧侧至中性区有一撕裂15贯穿内外壁,整个断口周围无原始裂纹源、折叠、结疤和离层等缺陷,断口呈平坦,系拉应力引起的脆性断裂.可见材料的塑性和韧性很差,再加上低温环境下冷弯变形引起的加工硬化,使材料塑性和韧性进一步降低,脆性大大增加。材料的微小缺陷因应力集中而扩展开裂成裂纹,而且裂纹前沿处于平面应变状态,脆断所需的能量很小,因此弯管无须承受大的张开应力即发生脆性断裂。



二、原因分析


 1. 尺寸检查


    沿弯头断口检查不同位置的壁厚,测量得知,弯头中心线处壁厚与直管壁厚相近约为41mm,起弯处外弧壁厚最小值为39.1mm,减薄量为4.6%;内弧壁厚最大值为42,增加量为2.7%。由此可见,弯头的内外弧壁厚变化符合GB/T 20801-2006和GB/T12459-2005等相关标准要求。但与以往相同弯制工艺下该规格管材起弯处外弧6%减薄量的经验值相比偏低,说明材料脆、塑性不佳。


 2. 化学成分和力学性能


    实测直管段化学成分、力学性能数据与GB/T14976-2012标准值比较见表。表数据显示,管材化学成分和力学性能均符合GB/T14976-2012标准,但断后伸长率较低且V形缺口冲击值仅为8/8/9,说明不锈钢无缝钢管未经正火处理,材料对动态载荷敏感性强、对裂纹的抗撕裂能力差。


 3. 金相检查


   在直管段上取金相试样,检测结果:显微组织为魏氏组织+块状铁素体+块状细片珠光体;晶粒度6级;非金属夹杂物等于2.5级。可以推断不锈钢无缝钢管热加工时温度控制不当或加热不均使材料超温产生了奥氏体组织,奥氏体组织的出现直接导致材料机械性能恶化,严重降低了钢的冲击韧性,这与实验数据吻合:非金属夹杂物等级为GB/T14976-2012标准要求“不大于2.5级”的极限值,这也影响了钢的机械性能,特别是降低了塑性、韧性及疲劳极限。


 4. 冷弯硬化及热处理


   因弯制丁艺为冷弯,弯头内外弧的塑性变形会引起冷作硬化作用,鉴于弯头外圆弧变形量最大(加工硬化最严重),故在外圆弧处截取对称的3份样本,第1份不做热处理,第2份做650℃保温2小时退火处理,第3份做正火处理,分别做力学性能检测。冲击缺口为V型,数据见表。表数据显示,钢管冷弯后,金相结构发生畸变.冷作硬化非常显著,力学性能不符合GB/T14976-2012标准要求,过高的强度和硬度使材料在室温下脆性大大增加;经退火处理后应力消除,力学性能有明显改善,达到了GB/T14976-2012标准要求,但抗冲击能力仍很差;经正火处理后各项性能指标均明显提高,特别是冲击性能。


  目前不锈钢无缝钢管行业标准仅由两家钢铁公司起草,现已实施十四年。随着社会的发展,暴露出一定局限性,如该标准“表4”注:“热轧管终轧温度符合正火温度时,可以代替正火”,很多钢管厂凭此省略了304不锈钢无缝钢管的正火工艺:又如“表5”中冲击功采用吸收功较高的U形缺口冲击数据,而对韧脆转变敏感的V形缺口冲击功在后面其他条款中“不作交货条件”等。


  至德钢业技术人员曾做过大量力学性能对比实验验证304不锈钢无缝钢管不经正火处理会有一定的安全隐患,如江苏某钢管厂生产的304无缝管(交货状态为正火)和日本某公司生产的ST410无缝管(交货状态为轧态)219mmx35mm钢管做V型、U型缺口冲击实验,结果见表。数据显示,国产管数据离散性较大,且无论U形缺口还是V形缺口冲击值都比未经热处理的日产管低.说明国产管的材料组织和成分不均匀,钢管并未经正火处理;在20℃以下U形缺口较V形缺口冲击值大的多。根据以上分析结果,对高化管进行了正火处理,使钢材的力学性能大幅提高,尤其是低温冲击功由原来5J上升到50J,弯管再未发生断裂。



三、结束语


   通过以上弯管断裂分析,按GB14976-2012制造的304不锈钢无缝钢管,若未严格正火处理(或终轧温度不符合正火温度或未经空冷),材料组织和成分不均匀,其延伸率、韧性和抗冲击性会很差,使用于高压系统可能潜在一定的安全隐患:管道在弯制、运输、安装、水压实验、管道检修时可能会受外力作用或者系统在启、停时的热应力作用使弯头应力升高,表面或内部微小缺陷可能会扩展;管道受介质、温度、压力等影响在使用过程中可能会促发应变时效脆化现象。使钢管材质进一步劣化并产生应力腐蚀裂纹或氢脆裂纹,裂纹扩展到一定程度就会发生管道爆破泄漏或管道碎裂失效。


   因此,为保证管道安全使用,提出以下建议:用户订购高压化肥设备用不锈钢无缝钢管时应采用GB/T14976-2012标准;按G国家标准生产的不锈钢无缝钢管应按炉批抽样做V形缺口冲击实验,如不合格应进行正火处理;管道弯制优先采用热弯工艺,如用冷弯尽可能在韧脆转变温度以上作业且弯后必须进行消除硬化热处理;在装卸、运输、吊装、检修过程中应避免弯头承受较大的冲击载荷或强行安装:加强对在用钢管的管理,做好防护工作,避免外力撞击,检修时对弯头做磁粉或超声检测并抽检厚度和硬度;应避免高压管道低温脆变失效,对使用温度低于0℃的304不锈钢高压管道应进行正火处理或直接换用低温专用钢管。


本文标签:不锈钢无缝钢管 

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

北京 天津 河北 山西 内蒙 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 西藏 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 台湾 香港 澳门