TP321不锈钢厚壁管出现裂纹判定为分层缺陷的过程

1发现疑似“裂纹”缺陷

1.1端部裂纹的出现

    2012年,中国石油化工集团公司武汉分公司进行某装置施工过程中,采购了一批不锈钢厚壁管(材质TP321,规格为457 x 39.67 mm)。2012年8月21日,施工单位在预制场进行坡口备制打磨过程中发现出现1处端部“裂纹”缺陷。如图1所示。供货商于2012年8月23日到厂查看实物并解释为:所出现的端部缺陷是加工过程中尾部效应所产生的,通常在最后成品时应被切除掉。由于生产工人切除过短而残留上述缺陷,是个别现象并保证其余TP321不锈钢厚壁管不会出现质量问题。

    2012年8月24日,施工单位在预制场同样进行该批不锈钢管道坡口备制打磨时,又发现1处“裂纹”缺陷对于再次出现“裂纹”缺陷,2012年8月26日,制造厂家检人员对预制场此批规格的TP321不锈钢厚壁管供25支)两端的200二范围进行检测。但我方现场见证检测过程的人员发现,制造厂家检测人员对检测仪器使用不熟悉,对已知的”裂纹”缺陷都未能准确检出。而是简单的出具了一份合格的无损检测报告就离场了。

1.2非端部的“裂纹”出现

    2012年9月1日,施工单位在预制场对该批不锈钢管道进行下料后的坡口加工检测时又发现了“裂纹”缺陷。由于缺陷出现的位置已不是管道的端部以及此前制造厂家所检测管道两端200 mm的范围内。因此,制造厂家所谓的尾部效应”解释不攻自破了。

2相关机构检测过程

2.1单位的检测

    2012年9月5日,我单位的设备监测中心受委托对上述缺陷进行金相检测。现场对3处缺陷进行了金相检测,缺陷的定性均为裂纹。如图2所示,在此文中仅选用1处缺陷的金相图作解释,其它2处不再赘述。

    通过设备监测中心的金相显微观察,判定此3处缺陷均为中间较粗,扩展到尾部逐渐变细,并有分义,故判定这3处线性缺陷均为裂纹。

    对于我单位设备监测中心出具的检测结果,TP321不锈钢厚壁管制造厂家专业技术人员以及为制造厂家提供管坯的供应方有关技术人员也提出了异议。他们通过到现场查看实物并依据缺陷分布情况判断为TiN的夹杂物。由于双方各执一词,同时双方相关的检能力和设施也均有限。因此,我单位领导决定请权威机构进行分析。

2.2某研究院的检测

    2012年9月17日,某研究院收到我单位送去带有裂纹”缺陷的TP321不锈钢厚壁管试样,我单位要求针对该不锈钢管发现的内部缺陷,对其产生的原因进行分析,并对其常规性能进行检测。

2.2.1常规检测

根据项目设计方的建议,以及我单位有关要求,常规检验方案见表1

    检测结果为:对钢管正常部位归视观测无缺陷)进行了化学成分、夹杂物、晶粒度、显微组织和室温力学性能检验,相关检测结果均满足技术协议要求

2.2.2缺陷分析

    用线切割取样,为避免熔覆金属的影响,切割面用砂轮多磨削一些,观察位置为不锈钢管的横截面和径向截面,横截面观察裂纹沿弦向的分布情况,径向截面观察缺陷沿纵向的延伸情况。

  (1)缺陷分布

    在观察的区域内(30mm x 30mm),发现内部有三条明显的条状缺陷,位置基本上在厚度方向轻向)的中部,均基本上按圆周方向的弦向分布。本文只图现缺陷1,缺陷2和缺陷3不在赘述。径向截面的缺陷分布见图30在观察区域内,有一条明显的条状缺陷,图3中的缺陷1沿纵向的延伸,基本沿直线方向沿纵向扩展。

    (2)缺陷前沿观察

    横截面的缺陷前沿观察见图4,可以看出,条状缺陷前沿未见明显的分又细小裂纹,缺陷内部发现有大量灰色的块状夹杂,表明缺陷的形成主要是由块状夹杂连接而成,夹杂物大小不一,而且,也观察到大夹杂碎化的情况,见图4中箭头所指,表明热加工过程中承受的应力较大。

    纵向条状缺陷前沿观察:纵向条状缺陷前沿也没见明显的细小分叉裂纹,出现的分叉也是沿大块夹杂物扩展的,细小条状缺陷也是由大块夹杂之间的连接引起的从断续条状缺陷看,邻近的大块夹杂在一定的应力下才会连接在一起。

    腐蚀后金相观察表明,在大块夹杂物处形成孔洞缺陷,多个夹杂物以及形成的孔洞连接在一起就形成一厂条状缺陷,见图5。

    由此可见,条状缺陷基本上按弦向(圆周方向)分布,沿纵向触向)扩展,弦向和纵向条带缺陷的前端均未见细小的分叉裂纹;其形成原因是TP321不锈钢厚壁管热加工过程中,夹杂物由于难变形而在附近形成孔洞缺陷,由于夹杂物按带状分布,夹杂物一孔洞一夹杂物-孔洞之间的连接,就形成了条带状缺陷,类似于《承压类特种设备无损检测相关知识》所提到的分层缺陷。

      (3)SEM扫描电子显微镜)分析

    对横向的条状缺陷前端进行SEM分析,见图6,未见细小的分叉裂纹,条状缺陷仅按条带状分布的大块夹杂物(深灰色)延伸。条状缺陷的部分区域出现了孔洞,可能是大块夹杂物掉了的缘故。

    能谱分析表明,深灰色的夹杂物为Ti02夹杂,Ca.含星也较高;对灰色夹杂物剥落后的区域进行能谱分析。富含脱氧剂AI.Ca.Ti,以及脱硫剂Mn。

    由此可见,条状缺陷形成的夹杂物主要是冶炼时的脱氧产物,是由于夹渣引起的。由于冶炼时脱渣不完全,钢锭内部还有残存有脱氧时形成的渣,在热加工时形成带状分布,加工应力大时,夹杂物之间的连接就形成条带状缺陷。

2.2.3研究院结论

    研究院对我单位送来的试样进行检验、分析,可以得出以下结论:条状缺陷形成是由于冶金缺陷引起的。冶炼时脱链不完全,导致钢锭中残存有脱氧形成的渣,热加工过程中,非金属渣之间的连接形成了条带状缺陷;条带状主要沿弦向(圆周方向)分布,条带状前端未见明显细小的分叉裂纹,缺陷扩展主要沿含有冶金缺陷的非金属渣部位;目视无缺陷部位不锈钢管的化学成分、夹杂物等级、晶粒度和力学性能均满足技术协议要求。

3缺陷定性及处理措施

3. 1定性分层

    2012年9月27日,在我单位召开了专家会。听取了TP321不锈钢厚壁管制造厂家生产规程和超声波检测结果介绍和研究院分析结果,专家们对缺陷产生的机理和危害性进行讨论,最终将缺陷性质定位分层。并对钢管的缺陷分布状况和使用工况进行了综合分析达成以下共识:

    (1)TP321不锈钢厚壁管制造厂家对全部管道(包括预制场的和现场已安装的)按照GB/T20490-2006《承压无缝和焊接埋弧焊除外)钢管分层的超声检测》进行检测,达到规范要求的B1级为合格,对不合格缺陷进行标记和切除。

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

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