不銹鋼法蘭開裂原因分析

　　1 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(yàn)操作規(guī)范的前提下，管道法蘭在耐壓試驗(yàn)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)。

　　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，對其進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)不銹鋼法蘭內(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(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。

　　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(gè)剖面中有4個(gè)剖面有肉眼可見的裂紋，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，弄清楚新購買的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經(jīng)歷了補(bǔ)焊，對法蘭剖面裂紋位置進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

　　取1中所述試件，對法蘭剖面上有補(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(diǎn)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?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(jī)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(bǔ)焊→再次機(jī)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(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，法蘭無法承受外加載荷，致使在耐壓試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)壓力剛剛達(dá)到0.6MPa，法蘭便開裂泄漏。

　　3.3 焊縫裂紋分析

　　現(xiàn)場對法蘭、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程中根部存在未焊透。焊接過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，此類缺陷為危害性缺陷，在運(yùn)行過程中會(huì)從未焊透部位產(chǎn)生裂紋，從而引起開裂。