分享：S30408不銹鋼法蘭開裂原因

摘 要:某裝置S30408不銹鋼法蘭服役時發生開裂泄漏,采用宏觀觀察、化學成分分析、硬度測 試、金相檢驗和掃描電鏡分析等方法分析其開裂原因。結果表明:法蘭材料的碳元素含量超標,大 量碳化物沿晶界析出,顯微組織呈敏化態;S30408不銹鋼法蘭與管道對焊時,其頸部受熱,導致敏化 加劇,晶界脆化;法蘭頸部形狀突變,頸部成為應力集中區,在焊接殘余應力和工作壓力的作用下,頸 部逐漸萌生沿晶微裂紋,隨著時間的推移,微裂紋擴展并匯聚形成宏觀裂紋,導致法蘭貫穿開裂。 

關鍵詞:S30408不銹鋼;法蘭;敏化;沿晶開裂 

中圖分類號:TG115.5                                    文獻標志碼:B                                       文章編號:1001-4012(2022)08-0046-04

S30408不銹鋼是一種鉻-鎳不銹鋼,具有良好 的耐蝕性、耐熱性、低溫強度、力學性能、加工性能和 可焊性等優點,廣泛應用于石油化工、能源、醫療、食 品、輕工等領域,可用于制造工業輸送管道、生產設 備以及機械結構部件等[1-2]。某公司環氧乙烷裝置 管線法蘭服役不足3a就發生開裂泄漏,該管線工 作壓力為3.8 MPa,工作溫度為-10~10 ℃,工作 介質為環氧乙烷,法蘭材料為 S30408不銹鋼鍛件, 屬于帶頸對焊法蘭,規格為 WN65(B)-100M,執行 標準 為 HG/T20592—2009 《鋼 制 管 法 蘭 (PN 系 列)》。為查明該法蘭開裂原因,筆者采用宏觀觀察、 化學成分分析、硬度測試、金相檢驗和掃描電鏡分析 等方法對其進行了分析。

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察

開裂法蘭宏觀形貌如圖1所示,裂紋位于法蘭 頸部,靠近對接焊縫,呈階梯狀環向開裂,局部已貫 穿,開裂部位宏觀形貌如圖2所示。將貫穿裂紋沿 法蘭軸向剖開,觀察裂紋面,發現斷口平齊,呈亮灰 色結晶狀,無明顯宏觀塑性變形,表面覆有紅棕色腐蝕產物,局部可見多裂紋相交形成的臺階,斷口宏觀 形貌如圖3所示。 

1.2 化學成分分析

依據 GB/T11170—2008《不銹鋼 多元素含量 的測定 火花放電原子發射光譜法(常規法)》,在法 蘭端面取樣,用直讀光譜儀對其進行化學成分分析, 結果如表1所示。由表1可知:法蘭材料的碳元素 含量超 標,其 余 元 素 含 量 均 滿 足 NB/T 47010— 2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》對 S30408 不銹鋼的要求。 

1.3 硬度測試 

依據 GB/T231.1—2018 《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分:試驗方法》,在法蘭頸部和端面取樣 并進行布氏硬度測試,結果如表2所示。由表2可 知:法蘭頸部硬度的平均值為227 HBW,端面硬度 的平均值為208 HBW,均高于 NB/T47010—2010 對S30408不銹鋼的要求。

1.4 金相檢驗 

依據 GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗方 法》,分別在法蘭頸部和端面取樣并進行金相檢驗,結 果如圖4所示,法蘭顯微組織為孿晶奧氏體+析出 相,析出相呈顆粒狀沿晶分布,具有敏化特征[3]。對 比頸部與端面組織可知,頸部組織析出相較多,沿奧 氏體晶界網狀分布,說明頸部敏化程度要明顯高于端 面。頸部裂紋微觀形貌如圖5所示,由圖5可知:頸 部裂紋主要為沿晶型,內外壁裂紋呈鋸齒狀沿壁厚方 向擴展,與中壁裂紋交匯連接,直至貫穿。