1概述

    某化工裝置新建一條工藝管道，在耐壓試驗過程中，該管道上一處奧氏體不銹鋼法蘭發(fā)生泄漏，致使壓力試驗中斷。該管道主體材質(zhì)采用奧氏體不銹鋼SUS304。現(xiàn)場宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，管道安裝位置合格，支架布局合理，管道結(jié)構(gòu)正常，符合設(shè)計及技術(shù)要求。

    該管道設(shè)計壓力為1.6MPa，本次試驗壓力為2.4MPa，當(dāng)緩慢升壓至0.6MPa時，一處法蘭出現(xiàn)了泄漏，耐壓試驗中斷。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋位于法蘭頸部，是一條幾乎平行于焊縫的環(huán)向裂紋。裂紋斷口基本與表面垂直，斷口平齊，斷口毗鄰部位金屬未發(fā)生明顯塑性變形，可排除因超壓引起的法蘭材料失效?，F(xiàn)象表明，法蘭泄漏并非因為試驗操作不當(dāng)引起的。

    奧氏體不銹鋼是石油化工裝置中常用的金屬材料，但奧氏體不銹鋼法蘭在壓力試驗過程中出現(xiàn)開裂是比較少見的。為弄清裂紋產(chǎn)生原因，評價與開裂法蘭同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭的使用性能，有必要對此進(jìn)行全面分析，并提出此類問題的解決方案。

    2理化分析

    首先，對開裂法蘭進(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。對該法蘭頸部外表面及密封面分別進(jìn)行布氏硬度測試，其布氏硬度測試值符合JB4728-2000標(biāo)準(zhǔn)要求。

    在材料化學(xué)成分合格、硬度檢測合格、管道安裝符合技術(shù)要求、耐壓試驗操作規(guī)范的前提下，管道法蘭在耐壓試驗過程中開裂，說明產(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)。

    3裂紋性質(zhì)分析

    3.1表面裂紋形貌

    將該泄漏法蘭從管道上切割下來，對其進(jìn)行全面宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)法蘭內(nèi)表面存在裂紋，最長為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，凹坑最大為2.0mm，最小為0.8mm，凹坑的邊緣有肉眼可見的微小裂紋。

    對同廠家、同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭進(jìn)行現(xiàn)場宏觀檢查，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的明顯裂紋。宏觀檢查結(jié)果進(jìn)一步表明，法蘭泄漏與法蘭本身因素有關(guān)系。

    3.2剖面裂紋形貌

    為進(jìn)一步探求法蘭泄漏的真正原因，隨機選擇一件同廠家、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，對其進(jìn)行解剖，將其分成大小不均的三份，仔細(xì)觀察其剖面發(fā)現(xiàn)，法蘭的6個剖面中有4個剖面有肉眼可見的裂紋，裂紋幾乎貫穿整個剖面。

    選擇其中一個剖面，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、腐蝕后觀察，裂紋更加明顯，幾乎貫穿了整個剖面。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焊痕跡，補焊面積約380mm2，補焊深度達(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)。而剖面上的補焊痕跡，卻是一種令人費解的、非常不正常的現(xiàn)象。

    3.3金相組織分析

    為進(jìn)一步探求裂紋產(chǎn)生的原因，弄清楚新購買的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經(jīng)歷了補焊，對法蘭剖面裂紋位置進(jìn)行金相檢驗。

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

    4裂紋性質(zhì)判定

    綜合上述法蘭裂紋形貌、斷口特征、裂紋微觀形貌及金相組織分析結(jié)果，表明裂紋產(chǎn)生在法蘭生產(chǎn)過程中，屬于沿夾雜物尖端的鍛制裂紋。為了消除法蘭表面明顯的裂紋，在法蘭出廠前確實經(jīng)歷了補焊。

    5裂紋成因分析

    5.1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)過機加工后，埋藏裂紋有的變成了表面裂紋，這就是宏觀檢查中發(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。對于法蘭表面尺寸較大的裂紋，為了能讓產(chǎn)品出廠，生產(chǎn)廠家采取了打磨→消除表面裂紋→補焊→再次機加工等手段，使法蘭外觀上看起來沒有明顯的缺陷。這就是法蘭補焊面積380mm2、補焊深度3mm的原因。

    5.2鍛制裂紋在試驗壓力作用下進(jìn)一步擴展，致使法蘭最終泄漏

    大量存在的非金屬夾雜物，會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，法蘭無法承受外加載荷，致使在耐壓試驗過程中，試驗壓力剛剛達(dá)到0.6MPa，法蘭便開裂泄漏。

    6采取的措施

    （1）將所有問題法蘭全部更換。

    （2）繼續(xù)查找本裝置中使用的同廠家、同批次的其他管件，采用相應(yīng)檢驗手段，確認(rèn)其是否合格。

    （3）對新更換的法蘭，除了復(fù)驗其化學(xué)成分、力學(xué)性能外，還應(yīng)進(jìn)行宏觀檢查，評價其幾何尺寸和表面光潔度，并檢查是否有非正常幾何尺寸不連續(xù)處。

上述就是不銹鋼法蘭廠家為大家介紹的不銹鋼法蘭開裂的原因了以及相應(yīng)的解決方法了。

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