Page 62 - 理化检验-物理分册2023年第八期
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张乃昕, 等: 大口径法兰开裂原因
与水富集, 为奥氏体不锈钢应力腐蚀提供腐蚀介 料碳含量高等对应力腐蚀开裂具有促进作用。
质 [ 1-2 ] 。 建议对反应器运行的大气环境、 保温层下环境
2.2 焊接原因 进行定期监测, 控制其中腐蚀元素的含量; 建议更换
奥氏体不锈钢工作温度为400~850℃ , 由于碳 法兰材料, 改为低碳含量的 F304 钢或 F304L 钢。
原子体积小, 在金属中扩散能力强, 易扩散到晶界, 在法兰入厂验收时, 在法兰材料符合要求的基础上,
, 并 还应对法兰显微组织进行复核, 杜绝显微组织不合
与晶界及其邻近区域的铬原子结合形成 Cr 23 C 6
在晶界析出, 使晶界上除碳化物部分的铬元素含量 格材料入库。建议调整法兰颈部结构, 缩短法兰直
下降; 同时晶内的铬元素也会向晶界扩散补充, 但铬 段长度或减小法兰颈部倾斜段斜率, 以避免焊接热
原子的扩散能力远小于碳原子, 难以补充晶界上的 影响区与结构应力集中部位重合, 减轻截面变化处
损失, 故随晶界上碳化铬的不断析出, 形成 Cr元素 应力集中程度; 焊接过程中必须严格控制焊接工艺
含量大大降低的晶界贫铬区。当铬元素含量低于钝 参数。采用低焊接速率、 低线能量输出, 防止合金元
化所需的量( 质量分数约为 12% ) 时, 钝态受到破 素发生烧损现象, 焊后要快速冷却, 避免焊缝在敏化
坏, 电位下降, 而晶内仍保持钝态, 从而构成大阴极 区停留时间过长。
建议对现有类似大口径不锈钢法兰和厚壁不锈
( 晶内) 和小阳极( 晶界区的贫铬区) 的微电偶电池,
降低了晶界强度和耐腐蚀性能 [ 3 ] 。为了缩短焊接接 钢管焊口进行排查, 对于焊道过宽的焊缝, 除宏观观
头在敏化温度的停留时间, 奥氏体不锈钢焊接过程 察外, 还应使用渗透检测和超声检测方法对其焊接
中必须采用小电流、 快速焊, 严格控制一次成型的焊 接头热影响区进行检测, 将存在缺陷的焊接接头进
缝宽度, 以避免热输入量太大 [ 4-5 ] 。 行返修; 在设备检修过程中, 在开停机状态下对设备
开裂法兰焊缝的盖面焊为单道焊, 焊道过宽, 达 采取必要的保护措施, 以防止奥氏体不锈钢发生腐
蚀性元素聚集现象。
到18~20mm , 焊接速率过慢, 焊接热输入量过大,
焊接过程中焊接接头在敏化温度区间停留的时间过 参考文献:
长, 残余应力大, 热影响区的合金元素在晶界析出,
晶界强度大幅下降, 开裂处为敏化状态, 加上法兰长 [ 1 ] 邢云松. 绝热材料与奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂[ J ] .
石油化工腐蚀与防护, 2011 , 28 ( 2 ): 33-34 , 43.
期在不锈钢敏化温度范围内运行, 导致热影响区严
[ 2 ] 余存烨. 对石化设备不锈钢应力腐蚀开裂的认识与反
重敏化, 材料易发生沿晶应力腐蚀开裂 [ 6-8 ] 。
思[ J ] . 化工设备与管道, 2012 , 49 ( 1 ): 58-66.
2.3 结构原因 [ 3 ] 张本所, 夏明六. 临氢管道焊接接头断裂失效分析
法兰裂纹位于法兰变径段与直边段的交界处。 [ J ] . 中国特种设备安全, 2015 , 31 ( 6 ): 72-75.
裂纹处截面变化大, 焊接时, 该处残余应力大; 运行 [ 4 ] 迟露鑫, 麻永林, 邢淑清, 等. 工艺参数对筒体纵向焊
时, 该处承受管系约束和内压引起的轴向拉应力, 发 接残余应力影响的模拟研究[ J ] . 压力容器, 2011 , 28
( 9 ): 1-6 , 25.
生应力集中, 大大增加了该处的实际受力。
[ 5 ] 贺启良, 马东溟. 焊接工艺参数对焊接残余应力的影
2.4 法兰组织原因
响[ J ] . 材料研究与应用, 2010 , 4 ( 1 ): 75-77.
法兰裂纹处基体组织晶粒粗大, 同时基体含有
[ 6 ] 潘莹, 宋维. 敏化奥氏体不锈钢的晶间腐蚀研究[ J ] .
大量条状夹杂, 提高了材料的塑性与韧性, 提高了其
青岛化工学院学报, 1998 , 19 ( 4 ): 369-372 , 391.
在应力作用下产生脆性裂纹的可能性。 [ 7 ] 马红征, 杨军红, 翟同德, 等.304 不锈钢晶间腐蚀敏
2.5 材料原因 感性的评定[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2011 , 47 ( 11 ):
法兰材料为 F304H 不锈钢, 碳元素含量高, 易 686-689.
发生敏化, 降低了法兰的耐腐蚀性能 [ 9-10 ] 。 [ 8 ] 卢雪梅, 黄超鹏, 宋文明, 等. 制氢装置集气管开裂原
因[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 9 ): 47-50.
3 结论和建议 [ 9 ] 张述林, 李敏娇, 王晓波, 等.18-8奥氏体不锈钢的晶
间腐蚀[ J ] . 中国腐蚀与防护学报, 2007 , 27 ( 2 ): 124-
法兰开裂原因是硫化物应力腐蚀。此外, 热影
126.
响区发生敏化、 法兰截面变化处与热影响区重合导 [ 10 ] 朱江. 激光共聚焦扫描显微镜原位观察奥氏体不锈钢
致应力叠加, 法兰基体组织晶粒粗大且含有大量条 的敏化过程[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2016 , 52 ( 2 ):
状夹杂, 法兰长期在敏化温度范围内运行及法兰材 83-87.
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