陶 濤

304不銹鋼管件裂紋原因分析及對(duì)策

陶 濤

（中國(guó)石化勝利油田分公司石油化工總廠，山東 東營(yíng) 257000）

在某新建常減壓裝置（約閑置六年）檢查中，發(fā)現(xiàn)304不銹鋼（06Cr19Ni10）管件（法蘭、彎頭、三通）多處存在裂紋。對(duì)存在貫穿裂紋的兩片法蘭解剖取樣檢測(cè)分析，其他管件進(jìn)行了表面探傷、金相檢查和硬度檢測(cè)抽查。綜合分析各項(xiàng)檢驗(yàn)檢查結(jié)果，認(rèn)為由于管件的固溶熱處理未達(dá)到要求，金相組織存在奧氏體組織不均勻，碳化鉻的析出相，析出相周邊存在疑似裂紋，是導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展的主要原因；304不銹鋼（06Cr19Ni10）管件必須嚴(yán)格控制固溶熱處理質(zhì)量，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

304不銹鋼；管件裂紋；固溶熱處理；金相檢驗(yàn)

304不銹鋼（06Cr19Ni10）具有良好的耐熱性能、耐腐蝕性能、冷熱加工性能及焊接性能，廣泛應(yīng)用于煉油化工裝置的高溫腐蝕部位，對(duì)保證裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。在某新建常減壓裝置檢查中，發(fā)現(xiàn)304不銹鋼（06Cr19Ni10）管件（法蘭、彎頭、三通）多處存在裂紋，嚴(yán)重影響裝置的安全運(yùn)行。為分析清楚304不銹鋼管件發(fā)生裂紋的原因和機(jī)理，徹底消除隱患，對(duì)存在貫穿裂紋的兩片法蘭解剖取樣檢測(cè)分析，其他部位進(jìn)行了表面探傷、金相檢查和硬度檢測(cè)。綜合分析認(rèn)為，由于管件的固溶熱處理未達(dá)到要求，金相組織存在奧氏體組織不均勻，碳化鉻的析出相，析出相呈顆粒狀、條帶狀、鏈狀分布，析出相周邊存在疑似裂紋等，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。外表面探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋的管件，亦存在內(nèi)表面存在裂紋或運(yùn)行過(guò)程中再產(chǎn)生裂紋的可能性，需慎重處理。

1 不銹鋼管件進(jìn)行表面檢查

1.1 外表面滲透檢驗(yàn)

共計(jì)檢測(cè)27條管線，合計(jì)法蘭檢測(cè)數(shù)量311片，依據(jù)NBT47013.5《無(wú)損檢測(cè).滲透檢測(cè)》，檢出問(wèn)題管件共計(jì)14件，9片法蘭、3件大小頭、1件三通、1件彎頭。例舉：編號(hào)P-10714 、法蘭尺寸DN150 發(fā)現(xiàn)表面裂紋整圈，法蘭側(cè)，母材處和靠近焊縫處（見(jiàn)圖1）。

1.2 金相檢驗(yàn)

共檢測(cè)11條管線法蘭和彎頭，依次編號(hào)1～11#，依據(jù)GBT 17455—2008 《無(wú)損檢測(cè) 表面檢測(cè)的金相復(fù)型技術(shù)》的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1及圖2～4。法蘭金相組織為奧氏體+析出相，析出相呈顆粒狀、條帶狀、鏈狀分布，其中11#點(diǎn)組織中析出相周邊存在疑似裂紋。

圖1 P-107

圖2 1#法蘭金相組織（400×）

圖3 6#法蘭金相組織（400×）

圖4 11#彎頭金相組織（400×）

1.3 硬度檢驗(yàn)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20878—2007, 304不銹鋼的布氏硬度值≤201。驗(yàn)結(jié)果在合格范圍內(nèi)。硬度檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

1.4 其他檢查

用磁鐵對(duì)所有304不銹鋼法蘭進(jìn)行鐵磁性檢查，均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的鐵磁性，表現(xiàn)為非正常奧氏體組織。

2 化學(xué)成分復(fù)查

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20878—2007，304不銹鋼的組分標(biāo)準(zhǔn)值如表2。

表1 金相檢驗(yàn)結(jié)果硬度檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

存在貫穿裂紋的法蘭取4個(gè)式樣，進(jìn)行組分測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

將測(cè)試平均值與標(biāo)準(zhǔn)組分進(jìn)行對(duì)比，試樣的中各組分與標(biāo)準(zhǔn)值相近，Mn較標(biāo)準(zhǔn)值低0.57左右。

表2 試樣組分測(cè)試值 %

3 兩件存在貫穿裂紋法蘭的金相檢驗(yàn)

母材組織較為細(xì)小均勻，但是晶界上存在大量的析出相，經(jīng)EDS分析，析出相為富Cr相，可能為Cr23C6碳化物。光學(xué)顯微鏡觀察母材晶界處存在一些黑色的條狀物，經(jīng)SEM分析，該類條狀物為沿晶界產(chǎn)生的微裂紋，試樣焊縫及母材金相照片如圖5示。

主裂紋及二次裂紋均為沿晶裂紋，裂紋處金相照片如圖6。

圖5 試樣金相圖片

圖6 法蘭裂紋處金相圖片

4 304不銹鋼管件裂紋原因分析

1）由金相照片可得，母材組織為典型的單相奧氏體組織，金相圖中存在較多的細(xì)長(zhǎng)條狀微裂紋。母材組織晶界上存在大量的析出相，經(jīng)EDS分析，析出相為富Cr相，可能為Cr23C6碳化物。

2）堆焊焊縫組織為柱狀晶奧氏體組織，在靠近熔合線附近奧氏體柱狀晶會(huì)有一定程度的變形。

3）根據(jù)裂紋截面金相照片，初步判斷開裂形式為沿晶開裂。裂紋間存在大量富碳物質(zhì)（70%左右）以及晶界處的析出相。

4）304不銹鋼法蘭按現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，供貨態(tài)為固溶處理。法蘭金相組織為奧氏體+析出相，如果按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了固溶處理，析出相應(yīng)該被吸收。

5）鐵素體主要存在于析出相中，數(shù)量較多，故法蘭呈現(xiàn)出較強(qiáng)的鐵磁性。

6）化學(xué)成分和硬度檢測(cè)基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜合以上檢查和分析，304不銹鋼管件未按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行固溶處理，金相組織存在大量析出相，析出相呈顆粒狀、條帶狀、鏈狀分布，析出相周邊存在疑似裂紋等，是裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的主要因素。

5 結(jié)論及建議

1）304不銹鋼管件在安裝完成（未投入生產(chǎn)）后，存在常溫下產(chǎn)生裂紋的可能。

2）固溶處理不夠充分，奧氏體組織晶界上存在大量的析出相，是導(dǎo)致304不銹鋼管件裂紋產(chǎn)生和發(fā)展的主要原因。

3）應(yīng)對(duì)304不銹鋼管件的固溶熱處理進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，進(jìn)行金相檢查，確保固溶熱處理達(dá)到要求。

4）對(duì)于圓筒型承壓設(shè)備，其內(nèi)壁應(yīng)力高于外壁應(yīng)力，在外壁出現(xiàn)缺陷時(shí)，理論上內(nèi)壁出現(xiàn)缺陷的可能性不低于外壁，因此管道內(nèi)壁的缺陷問(wèn)題亦需特別重視。

［1］孫京麗，周海濤，陳莉. 晶粒尺寸對(duì)304奧氏體不銹鋼組織演變和性能的影響[J].材料研究學(xué)報(bào)，2020 (3)：231-240.

［2］何朋非，李登科，周夢(mèng)保. SUS304不銹鋼三通裂紋產(chǎn)生原因分析[J]. 理化檢驗(yàn)：物理分冊(cè)，2018 (1): 71-73.

Cause Analysis and Countermeasures of 304 Stainless Steel Pipe Fittings Cracks

(Sinopec Shengli Oilfield Branch Petrochemical Factory, Dongying Shandong 257000, China)

During the inspection of a newly-built atmospheric and vacuum unit (unused for 6 years), it was found that there were multiple cracks in 304 stainless steel (06Cr19Ni10) pipe fittings (flanges, elbows, tee). The two flanges with penetrating cracks were dissected and sampled for inspection and analysis, and other pipe fittings were subjected to surface inspection, metallographic inspection and hardness inspection spot checks. Based on the comprehensive analysis of the inspection results, it was believed that the unqualified solution heat treatment of the pipe fittings, uneven austenite structures in the metallographic structure, the precipitated phase of chromium carbide, and suspected cracks around the precipitated phases led to the generation and propagation of cracks. It was suggested that for 304 stainless steel (06Cr19Ni10) pipe fittings, the quality of solution heat treatment must be strictly controlled, and metallographic inspection must be conducted for all the products.

304 Stainless steel; Pipe cracks; Solution heat treatment; Metallographic inspection

2020-10-15

陶濤（1963-），男，高級(jí)工程師，山東省東營(yíng)市人，1984年畢業(yè)于華東石油學(xué)院化機(jī)專業(yè)，從事煉油化工設(shè)備技術(shù)及管理工作。

TQ050.4+1

A

1004-0935（2020）12-1514-03