双相不锈钢管件裂纹成因及控制措施研究

2022-09-11

双相不锈钢管件的裂纹问题, 与原材料质量、生产工艺等因素有关。作为工业管道安装工程中的关键基础, 产品质量将直接影响管道结构安全性与生产成效;对此, 在工程施工中, 应加强对双相不锈钢关键的质量控制, 并对存在问题的管件展开有效处理, 确保管道安装工程顺利进行。

一、双相不锈钢管件的裂纹原因

(一) σ相分布

σ相属于有害相, 会使材料脆化。管道在使用过程中, σ相的存在会成为钢管件裂纹的关键诱因。出现裂纹后, 会逐渐扩展直至关键整体开裂。σ相主要分布在铁素体和奥氏体的相界上, 会逐步向铁素体拓展, 致使开裂三通的金相组织、冲击吸收功检测不达标。究其原因与制造成质量意识缺失, 原材料存在问题有关, 致使其存在有害相, 不符合项目技术要求。

(二) 热处理不到位

在热处理中, 双相不锈钢的敏感度, 要明显高于奥氏体不锈钢, 会进一步析出双相钢的有害相, 致使不锈钢的韧性、耐蚀性逐渐削弱。究其原因与热处理的温度、保温时间不够有关, 致使析出的有害相不能完全溶解。或是制造过程中, 材料在析出有害相的温度下长时间暴露[1]。

(三) 双相钢相平衡

奥氏体和铁素体不锈钢两体组织的相平衡, 即双相钢的显微组织, 其性能也是产生裂纹的不可忽视诱因。化学成分、热循环史决定了双相钢的铁素体含量, 而铁素体含量越高, 越容易析出有害相, 最终导致钢管件出现裂纹。热处理会降低铁素体含量, 与此同时, 抗SCC能力随之降低。当铁素体含量不足30%时, SCC风险较高;当其含量超过70%时, 钢管件的抗点蚀性能随之削弱。对此, 合理制定、掌控热处理与成形工作尤为关键。除此之外, 在制造过程中, 还应加强产品质量控制, 确保其冲击值、金相组织、腐蚀率、硬度值达标, 最重要的是铁素体含量合格。

(四) 冷变形

通常出现弯管上, 强烈冷变形会致使高塑性的形变区残余拉应力升高, 硬度随之升高。此时, 高硬度区在含氯离子的高温换环境下, 会出现应力腐蚀开裂情况[2]。

二、管件裂纹控制措施

(一) 控制原材料

首先采购双相不锈钢时, 无论是钢板或是钢管材料, 都应根据设计要求、制造工艺等, 对材料采购提出要求。进厂的原材料严格复验, 根据取样试验、无损检测结果控制材料进场, 确保其符合采购要求。其次焊管的管件坯料, 应磨平焊缝, 但不能过度修磨。

(二) 成形控制

通常情况下采用冷加工成形工艺。施以热加工成形工艺时, 应避免有害相的产生, 即在700-950℃区间内, 易析出有害相;对此, 最终成形温度应>950℃, 同时要求迅速冷却, 减少材料在敏化温度范围内停留过长时间。成形过程严谨操作与控制, 模具精确且配备齐全, 尽可能的避免整形操作。严格控制成形温度。热整形、热成形应采取整体加热方式。严格控制一次加热工件量, 确保各工件取出后温度满足成形要求。热整形、热成形操作结束后, 可用水冷等方法迅速降温。尽可能的缩短工件出炉、锻压的间隔, 在此过程应做好保温措施, 避免工件温度快速降低。工件的整形操作, 不能使用直接捶击方法, 严格加强工件质控。

(三) 焊接控制

焊接应做好事前准备工作, 主要涉及接头两侧、熔合面清理;锈蚀、油漆、氧化皮、油脂等异物的清除等工作。清除熔合面、相邻母材的油脂时, 可采用异丙醇、丙醇与丙酮等试剂, 尽量不使用工业甲基化酒精、甲醇与含氯元素溶液。点焊尽量使用钨极氩弧焊工艺, 该焊接工艺可保证焊缝质量、外观优异度, 同时无焊剂, 无需焊后清理焊渣。在实践中, 应施以氩气保护, 焊炬垂直接近操作点, 防止空气混入保护气体。焊接根部焊道时, 应去除点焊焊缝, 尽可能的避免点焊处形成裂纹[3]。

(四) 热处理控制

工件成形后, 应施以固溶处理与水淬冷却。对成型的双相不锈钢管件, 及时展开热处理工艺评定, 使用评定合格的工艺, 尽可能的减少热处理不当引起的产品性能不达标问题。除此之外, 任何产品必须围绕设计要求, 规范展开取样试验、无损检测。唯有产品性能指标达标, 才能交付使用。

(五) 管件安装

管件安装前, 应对双相不锈钢管件的外观、几何尺寸、质量文件等展开全面检查, 使用符合产品标准规定的工件。要求管件端部外径、壁厚、中心至端部尺寸、端部偏差等均符合SH4708-1996规定的允许偏差。施工单位也可以委托检测单位展开渗透检测。加强施工质量控制, 按照质量控制要点、施工程序安排, 在材料验收, 或是管道预制、安装等阶段, 加强对管件进场检验、焊缝无损检测等展开外围监督与检查, 确保各工序规范展开, 满足施工工艺、施工方案的要求。通过管线试压冲洗、吹扫等试验, 发现三通裂纹缺陷, 针对于贯穿性等裂纹缺陷, 应当确定是否为晶间腐蚀等原因, 最终采取针对性措施处理。

三、总结

双相不锈钢管件出现裂纹的原因较多, 直接原因是σ有害相的存在, 致使管件冲击值、金相组织、腐蚀率、硬度值检测不达标。间接原因是管件制造商质量意识缺失, 质量保证体系运转不到位;出厂检验制度执行、出厂资料编制不规范;监理单位与施工单位对进入现场管件验收、检验制度为有效执行, 质量文件审查不详细等都是管件裂纹的重要影响因素。对此, 加强制造过程中、现场使用环节的质量控制尤为关键, 任何相同批次、型号、材质等的管件都应当及时展开无损检测与吹扫施压等检测确保管件质量。

摘要：双相不锈钢管件具有奥氏体、铁素体不锈钢两体组织的特征, 同时具备的耐腐蚀性、强度、焊接性等性能也是传统不锈钢所不能比拟的, 适用于石油化工领域。但对热处理、成型等工艺操作要求较高, 增加了管件制造与维护的难度, 尤其是管件裂纹问题, 除全面分析成因外, 还需采取多项措施控制与预防, 从而有效延长双相不锈钢管件的使用寿命。

关键词：双相不锈钢,管件,裂纹