不銹鋼法蘭開(kāi)裂原因分析

　　1 理化分析首先，對(duì)開(kāi)裂法蘭進(jìn)行了化學(xué)成分分析

　　分析結(jié)果表明，該法蘭及焊接材料的化學(xué)成分均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)該法蘭頸部外表面及密封面分別進(jìn)行布氏硬度測(cè)試，其布氏硬度測(cè)試值符合JB4728-2000標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　在材料化學(xué)成分合格、硬度檢測(cè)合格、管道安裝符合技術(shù)要求、耐壓試驗(yàn)操作規(guī)范的前提下，管道法蘭在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中開(kāi)裂，說(shuō)明產(chǎn)生的缺陷與法蘭的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)或其他未知因素有關(guān)。

　　2 裂紋性質(zhì)分析2.1 表面裂紋形貌

　　將該泄漏不銹鋼法蘭從管道上切割下來(lái)，對(duì)其進(jìn)行宏觀(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)不銹鋼法蘭內(nèi)表面存在裂紋，最長(zhǎng)為3mm，寬為0.5mm，裂紋及其附近已經(jīng)產(chǎn)生銹漬;法蘭螺栓孔內(nèi)表面也發(fā)現(xiàn)較多裂紋;法蘭密封面及其他位置發(fā)現(xiàn)多處非金屬夾雜物，個(gè)別非金屬夾雜物因脫落在法蘭密封面表面形成小凹坑，凹坑大為 2.0mm，小為 0.8mm，凹坑的邊緣有肉眼可見(jiàn)的微小裂紋。

　　對(duì)同廠(chǎng)家、同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)宏觀(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)多件法蘭存在不同程度的缺陷，有的法蘭外表面存在肉眼可見(jiàn)的明顯裂紋。宏觀(guān)檢查結(jié)果進(jìn)一步表明，法蘭泄漏與法蘭本身因素有關(guān)系。

　　2.2 剖面裂紋形貌

　　為進(jìn)一步探求法蘭泄漏的真正原因，隨機(jī)選擇一件同廠(chǎng)家、同批次，且密封面上因非金屬夾雜物脫落而形成小凹坑的平焊法蘭，對(duì)其進(jìn)行解剖，將其分成大小不均的三份，仔細(xì)觀(guān)察其剖面發(fā)現(xiàn)，法蘭的6個(gè)剖面中有4個(gè)剖面有肉眼可見(jiàn)的裂紋，裂紋幾乎貫穿整個(gè)剖面。

　　選擇其中一個(gè)剖面，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、腐蝕后觀(guān)察，裂紋更加明顯，幾乎貫穿了整個(gè)剖面。裂紋具有一定的寬度，大多裂紋空隙處噙含黑色非金屬夾雜物，其中有一處夾雜物距離法蘭密封面約3.0mm，直徑約 2.5mm，夾雜物上部至密封面有明顯的補(bǔ)焊痕跡，補(bǔ)焊面積約380mm2，補(bǔ)焊深度達(dá)3.0mm。

　　在這條新建的工藝管道上，使用的管道組成件并非是利舊品，而是新購(gòu)進(jìn)的產(chǎn)品，在法蘭剖面上發(fā)現(xiàn)了多處噙含非金屬夾雜物的裂紋，可以初步判定：裂紋的產(chǎn)生與大量存在的非金屬夾雜物有關(guān)。而剖面上的補(bǔ)焊痕跡，卻是一種令人費(fèi)解的、非常不正常的現(xiàn)象。

　　2.3 金相組織分析

　　為進(jìn)一步探求不銹鋼法蘭裂紋產(chǎn)生的原因，弄清楚新購(gòu)買(mǎi)的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經(jīng)歷了補(bǔ)焊，對(duì)法蘭剖面裂紋位置進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

　　取1中所述試件，對(duì)法蘭剖面上有補(bǔ)焊痕跡的位置進(jìn)行細(xì)磨、拋光，在100倍顯微鏡下觀(guān)察，裂紋更加清晰，較長(zhǎng)的裂紋內(nèi)部含有體積較大的條狀非金屬夾雜物(見(jiàn)圖2)及剖面上彌散的點(diǎn)狀非金屬夾雜物;裂紋尖端禿鈍，裂紋兩側(cè)未見(jiàn)明顯異常現(xiàn)象;該處金相組織含枝晶狀?yuàn)W氏體，是典型的奧氏體不銹鋼焊接接頭組織。

　　3 裂紋成因分析3.1 大量存在的非金屬夾雜物，是裂紋產(chǎn)生的根源

　　由于制造法蘭的鍛坯內(nèi)存在大量的非金屬夾雜物，在鍛制過(guò)程中，體積型夾雜經(jīng)反復(fù)鍛制，變成面積型夾雜，使材料內(nèi)部產(chǎn)生了沿夾雜物尖端的鍛制裂紋。體積較大的夾雜物鍛制后變成了尺寸較大的裂紋;體積較小的夾雜物鍛制后變成了尺寸較小的微裂紋。這些裂紋大多是埋藏裂紋。

　　鍛坯經(jīng)過(guò)機(jī)加工后，埋藏裂紋有的變成了表面裂紋，這就是宏觀(guān)檢查中發(fā)現(xiàn)法蘭內(nèi)外表面、螺栓孔內(nèi)存在較多的微裂紋的原因。對(duì)于法蘭表面尺寸較大的裂紋，為了能讓產(chǎn)品出廠(chǎng)，生產(chǎn)廠(chǎng)家采取了打磨→消除表面裂紋→補(bǔ)焊→再次機(jī)加工等手段，使法蘭外觀(guān)上看起來(lái)沒(méi)有明顯的缺陷。這就是法蘭補(bǔ)焊面積380mm2、補(bǔ)焊深度3mm的原因。

　　3.2 鍛制裂紋在試驗(yàn)壓力作用下進(jìn)一步擴(kuò)展，致使法蘭最終泄漏

　　大量存在的非金屬夾雜物，會(huì)降低材料的塑性和韌性，裂紋內(nèi)部的夾渣使裂紋的尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，法蘭無(wú)法承受外加載荷，致使在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)壓力剛剛達(dá)到0.6MPa，法蘭便開(kāi)裂泄漏。

　　3.3 焊縫裂紋分析

　　現(xiàn)場(chǎng)對(duì)法蘭、尾水錐管進(jìn)行了光譜檢驗(yàn)，化學(xué)成分符合304不銹鋼的成分要求。

　　不銹鋼法蘭與尾水管焊接處存在焊縫裂紋主要是由于焊接過(guò)程中根部存在未焊透。焊接過(guò)程中如果采用焊條電弧焊，層道之間未清渣，造成焊縫中存在大量的夾渣。檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的焊縫缺陷正是引起焊縫裂紋的原因，尤其是根部未焊透，此類(lèi)缺陷為危害性缺陷，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)從未焊透部位產(chǎn)生裂紋，從而引起開(kāi)裂。