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分享:S30408不锈钢法兰开裂原因

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浏览:- 发布日期:2022-09-20 09:07:16【

摘 要:某装置S30408不锈钢法兰服役时发生开裂泄漏,采用宏观观察、化学成分分析、硬度测 试、金相检验和扫描电镜分析等方法分析其开裂原因。结果表明:法兰材料的碳元素含量超标,大 量碳化物沿晶界析出,显微组织呈敏化态;S30408不锈钢法兰与管道对焊时,其颈部受热,导致敏化 加剧,晶界脆化;法兰颈部形状突变,颈部成为应力集中区,在焊接残余应力和工作压力的作用下,颈 部逐渐萌生沿晶微裂纹,随着时间的推移,微裂纹扩展并汇聚形成宏观裂纹,导致法兰贯穿开裂。 

关键词:S30408不锈钢;法兰;敏化;沿晶开裂 

中图分类号:TG115.5                                    文献标志码:B                                       文章编号:1001-4012(2022)08-0046-04


S30408不锈钢是一种铬-镍不锈钢,具有良好 的耐蚀性、耐热性、低温强度、力学性能、加工性能和 可焊性等优点,广泛应用于石油化工、能源、医疗、食 品、轻工等领域,可用于制造工业输送管道、生产设 备以及机械结构部件等[1-2]。某公司环氧乙烷装置 管线法兰服役不足3a就发生开裂泄漏,该管线工 作压力为3.8 MPa,工作温度为-10~10 ℃,工作 介质为环氧乙烷,法兰材料为 S30408不锈钢锻件, 属于带颈对焊法兰,规格为 WN65(B)-100M,执行 标准 为 HG/T20592—2009 《钢 制 管 法 兰 (PN 系 列)》。为查明该法兰开裂原因,笔者采用宏观观察、 化学成分分析、硬度测试、金相检验和扫描电镜分析 等方法对其进行了分析。

1 理化检验 

1.1 宏观观察

开裂法兰宏观形貌如图1所示,裂纹位于法兰 颈部,靠近对接焊缝,呈阶梯状环向开裂,局部已贯 穿,开裂部位宏观形貌如图2所示。将贯穿裂纹沿 法兰轴向剖开,观察裂纹面,发现断口平齐,呈亮灰 色结晶状,无明显宏观塑性变形,表面覆有红棕色腐蚀产物,局部可见多裂纹相交形成的台阶,断口宏观 形貌如图3所示。 

1.2 化学成分分析

依据 GB/T11170—2008《不锈钢 多元素含量 的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)》,在法 兰端面取样,用直读光谱仪对其进行化学成分分析, 结果如表1所示。由表1可知:法兰材料的碳元素 含量超 标,其 余 元 素 含 量 均 满 足 NB/T 47010— 2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》对 S30408 不锈钢的要求。 

1.3 硬度测试 

依据 GB/T231.1—2018 《金属材料 布氏硬度试验 第1部分:试验方法》,在法兰颈部和端面取样 并进行布氏硬度测试,结果如表2所示。由表2可 知:法兰颈部硬度的平均值为227 HBW,端面硬度 的平均值为208 HBW,均高于 NB/T47010—2010 对S30408不锈钢的要求。

1.4 金相检验 

依据 GB/T13298—2015《金属显微组织检验方 法》,分别在法兰颈部和端面取样并进行金相检验,结 果如图4所示,法兰显微组织为孪晶奥氏体+析出 相,析出相呈颗粒状沿晶分布,具有敏化特征[3]。对 比颈部与端面组织可知,颈部组织析出相较多,沿奥 氏体晶界网状分布,说明颈部敏化程度要明显高于端 面。颈部裂纹微观形貌如图5所示,由图5可知:颈 部裂纹主要为沿晶型,内外壁裂纹呈锯齿状沿壁厚方 向扩展,与中壁裂纹交汇连接,直至贯穿。