Аналіз причин, сценарії та заходи профілактики розтріскування сталевих труб

Суть розтріскування сталевих труб полягає в тому, що внутрішня напруга перевищує межу текучості/в’язкість матеріалу. Крім того, існують чотири основні причини: дефекти матеріалу, дефекти процесу, надмірна зовнішня сила та екологічна корозія.

Від мікроскопічного розтріскування зерна до розширення мікро-тріщини та макроскопічного розтріскування відбувається у п’яти формах: поздовжнє розтріскування, поперечне розтріскування, окружне розтріскування, торцеве розтріскування та розтріскування зварного шва.

1. Причини, -пов’язані з матеріалом (внутрішні дефекти)

1. Включення/розподіл фаз у сировині
При виробництві сталі, якщо вміст сірки, фосфору, кисню і водню перевищує норму, накопичуються сульфіди і оксиди, які порушують суцільність металевих зерен і стають джерелами тріщин; якщо вуглецевий еквівалент занадто високий, сталь стає крихкою, має низьку в’язкість і схильна до холодного розтріскування.

2. Недостатня металографічна структура
Грубе зерно, смугаста структура, структура Віккерса, загартований мартенсит, тверда та крихка структура, значно знижена пластичність, навіть незначна напруга спричинить розтріскування.

3. Нерівномірна товщина стінок, надмірна еліптичність
Одна сторона труби товща, а інша – тонша, напруга зосереджується в області тонких{0}}стенок, і тріщини виникають переважно під напругою.

4. Водневе-розтріскування (найчастіше)
Під час виробництва сталі, кислотного промивання, зварювання, гальванічних процесів поглинається водень, атоми водню проникають через решітку, накопичуються, утворюючи внутрішній тиск, розтріскуючи зерна та здебільшого проявляючись у вигляді сповільненого розтріскування.

2. Причини виробничого процесу (дефекти після-фабрикації)

1. Невідповідний процес гарячої прокатки/холодного волочіння

• Надмірна температура нагріву/охолодження: Перегрів призводить до грубого зерна та неповної ковки; занадто низька температура призводить до поганої пластичності та прямого розриву під час прокатки.
• Надмірне зменшення кочення: надмірна деформація за один прохід перевищує межу допуску матеріалу, спричиняючи внутрішні шари та мікро-тріщини.
• Відсутність проміжного відпалу при холодному витягуванні: Сильний холодний нагартування, надмірне залишкове напруження розтягування та природне розтріскування під час зберігання та різання.

2. Дефекти зварних сталевих труб
Спіральне зварювання, зварювання прямим швом: відсутність провару, включення шлаку, газова пористість, підріз, зварний шов, зварний шов є слабкою ділянкою, концентрація напруги викликає пряме розтріскування; надмірне підведення тепла під час зварювання, крихкість у зоні-термічного впливу.

3. Неправильна термічна обробка
Занадто швидке охолодження під час нормалізації та відпалу призводить до напруги гарту; недостатній відпуск, не знята залишкова напруга і наступне повільне розтріскування.

4. Різання, зняття фаски, обробка фаски
Пиляння, газове різання створюють термічну напругу та загартований шар, що призводить до мікротріщин на кінці, які згодом розширюються.

3. Причини стресу та зовнішньої сили
1. Залишкова внутрішня напруга
Після прокатки, зварювання та холодного волочіння внутрішню напругу не було знято. Сталева труба має власну напругу розтягування всередині, і вона природним чином трісне навіть без зовнішньої сили.

2. Механічне перевантаження від зовнішніх сил
Стиснення, удар, вигин, нерівномірний розподіл сил під час підйому та монтажу, а також перевищення проектної межі текучості сталевої труби.

3. Концентрація напруги
Тріщини виникають на отворі труби, подряпини, що спричиняють ямки, гострі кути від обробки різьби та раптові зміни товщини стінки. Локальна напруга збільшується в кілька разів, що призводить до негайного розтріскування.

4. Причини корозії та погіршення навколишнього середовища та середовища
1. Низькотемпературне-окрихчення
Труби з низько-вуглецевої та-легованої сталі демонструють значне зниження ударної в’язкості за надзвичайно низьких температур. Навіть легкі вібрації або удари можуть спричинити крихкий злам і розтріскування.

2. Корозійне розтріскування

• Корозія під напругою: вологість, кислоти, луги, іони хлориду + ​​напруга розтягування, що призводить до корозійних тріщин під напругою (SCC).
• Міжкристалічна корозія: середовище розмиває межі зерен, викликаючи поступове розтріскування.
• Воднева корозія, сульфідна корозія (поширена в нафтопромислових і вугільних хімічних трубопроводах).

1. Розтріскування під час виробництва

• Під час гарячої прокатки та проколювання:Трубна заготовка має низьку температуру і містить багато включень, що призводить до прямого розриву на кінчику проколу.
• Під час прокатки:Надмірне зниження тиску, неправильне регулювання напрямних роликів, що викликає поздовжнє розтріскування стінки труби.
• Під час виробництва холодного волочіння:Погане змащування форм, надмірна деформація та відсутність відпалу, що призводить до розтріскування під час витягування.
• Під час зварювального формування:Погане формування шва, невідповідність зварювального струму і напруги, миттєве розтріскування шва.
• Під час процесу випрямлення:Надмірний тиск на виправляючі валики, що призводить до роздавлювання труби та утворення поперечних тріщин.

2. Розтріскування під час зберігання/транспортування

• Холоднотягнуті труби та зварні труби не зазнали зняття напруги, а раптові зміни температури під час зберігання на відкритому повітрі викликають теплове розширення та звуження, що призводить до розтріскування.
• Неналежне зв’язування під час транспортування та підйому, а також необґрунтовані точки прокладки призводять до локального стиснення та стирання, викликаючи розтріскування.
• Під дією вологи, дощу, іржі та корозії на поверхні поступово розширюються мікро-тріщини.

3. Злом-після обробки

• Вогневе різання та шліфування кінців труб, термічний удар викликає тріщини на кінцях.
• Нарізання різьби, нарізка різьби, обробка пазів, напруга різання в поєднанні з напругою гострого кута призводить до розтріскування.
• Довільне зрізання, грубий стукіт, вібрація підсилює наявні мікро-тріщини.

4. Розтріскування під час встановлення та використання

• Примусове вирівнювання труб, сильне натягування для з’єднання, що призводить до напруги розтягування монтажу.
• Перевищення розрахункового тиску-підшипника, удар гідроудару, раптове підвищення та зниження тиску.
• Використання на відкритому повітрі при низьких температурах, без ізоляції, викликає крихке руйнування.
• Осадка фундаменту заглиблених труб, зважене навантаження, корозія ґрунту.
• Високі{0}}температурні умови: довгострокова-високотемпературна-повзучість, ковзання зерна, що спричиняє розтріскування; чергування гарячих і холодних циклів, розтріскування від термічної втоми.

1. Контроль сировини (запобігання тріщинам від джерела)

1. Суворо контролювати сталеплавильний склад: зменшити вміст сірки та фосфору, контролювати вуглецевий еквівалент, суворо контролювати вміст водню, вибирати кваліфіковану заготовку та уникати випадкового змішування сталевого брухту та інших домішок.

2. AУсі заготовки, що надходять, повинні пройти дефектоскопію: ультразвукова/індукційна дефектоскопія, видалення внутрішніх включень, шаруватих та усадкових дефектів.

3. Uniформовий нагрів заготовок: поетапне-за-нагріванням печі з постійною швидкістю, уникаючи локального перегріву та недогріву та забезпечуючи достатній час витримки для досягнення однорідної мікроструктури.

2. Регулювання процесу прокатки/холодного волочіння
1. Точний контроль температури
Для гарячої прокатки початкова та кінцева температури прокатки суворо контролюються, щоб уникнути крихкої зони; у -низькотемпературному середовищі температура нагрівання заготовки відповідно підвищується.

2. Розумний розподіл скорочення
Зменшіть величину одноразової деформації кочення, використовуйте кілька проходів з невеликим зменшенням, щоб уникнути надмірного напруження за один раз; оптимізуйте відстань між роликами та напрямними, щоб забезпечити рівномірну товщину стінок і відповідати вимогам еліптичності.

3. Анти-розтріскування в процесі холодного витягування
Перед холодним витягуванням виконайте сфероїдизаційний відпал, щоб усунути наклеп; відполірувати прес-форми та забезпечити достатнє змащення для зменшення напруги тертя; використовуйте кілька проходів витягування та додайте процеси відпалу посередині.

3. Спеціальні заходи проти -розтріскування зварних сталевих труб
1. Підберіть зварювальний струм, напругу та швидкість зварювання, щоб запобігти неповному провару, підрізу та включенню шлаку.
2. Попередньо нагрійте перед зварюванням і повільно охолодіть після зварювання. Труби з високо-вуглецевої/легованої сталі після зварювання мають бути загартовані для зняття напруги.
3. Проведіть -поточну ультразвукову та рентгенівську дефектоскопію зварних швів і негайно видаліть тріснуті сталеві труби.

4. Термічна обробка для зняття стресу (ключовий процес)
1. Холоднотягнуті труби, товстостінні-труби та труби зі сплавів мають пройти відпал/нормалізацію для зняття напруги, щоб зняти залишкові напруги від прокатки та зварювання.
2. Контролюйте швидкість охолодження. Заборонити повітряне або швидке охолодження. Використовуйте охолодження печі, повільне охолодження в ямах, щоб уникнути твердіння конструкцій.

5. Контроль після-обробки та випрямлення
1. Тонко-відрегулюйте тиск випрямляючого ролика, щоб запобігти утворенню поперечних тріщин через надмірне випрямлення; повторно -огляньте після випрямлення.
2. Використовуйте низьку-швидкісну обробку для округлення та зняття фаски гирла труби, щоб уникнути прямого опіку гирла труби полум’яним різанням; натомість використовуйте механічне пиляння, щоб зменшити термічні тріщини.
3. Зробіть закруглений перехід на гирлі труби після обробки, щоб усунути концентрацію напруги, спричинену гострими кутами та зазорами.

6. Онлайн перевірка якості
Повно-технологічні вихрові струми, ультразвукові та гідростатичні випробування проводяться, щоб заздалегідь виявити мікро-тріщини та запобігти виходу продуктів із тріщинами з виробничої лінії.

1. Вибір типу та сумісність (спершу виберіть правильну трубу)
1. Низько{1}}температурне середовище:Вибирайте сталеві труби, стійкі до низько-температурного впливу (наприклад, Q355C/D/E), і уникайте використання звичайної низько-вуглецевої сталі.
2. Корозійні середовища (кислотні, лужні, хімічні, морські):Виберіть оцинковані труби, труби з нержавіючої сталі, анти{0}}корозійні сплави. Звичайні труби з вуглецевої сталі схильні до корозійного розтріскування під напругою.
3. Умови високого-тиску та-температури:Вибирайте товстостінні безшовні сталеві труби. Відмовтеся від тонкостінних зварних труб як замінників.

2. Примітки щодо зберігання та транспортування
1. Зберігайте готові сталеві труби в пласкій формі, щоб уникнути підвішування або одноточкового-напруження; використовуйте багатошарові дерев’яні опори, щоб запобігти прямому жорсткому контакту та здавленню.
2. Накривайте їх під час дощових днів, щоб запобігти іржавінню через вплив дощу та розтріскування, спричинене різкими змінами температури; тримайте їх подалі від середовищ з кислотною та лужною корозією.
3. Для транспортування та підйому використовуйте гнучкі підйомні ремені. Не притискайте напрямний отвір або корпус труби сталевими тросами. Суворо заборонено грубе поводження та удари.

3. Порізка та вторинна обробка
1. Намагайтеся якомога частіше використовувати механічне холодне різання та зведіть до мінімуму використання гарячого різання полум’ям; якщо необхідне різання полум’ям, видаліть затверділий шар і мікро-тріщини після різання.
2. Після нарізання різьблення та прорізання пазів зробіть фаски та заокруглені кути, щоб усунути концентрацію напруги в гострих кутах під час обробки.
3. Якщо напруга в обробленій сталевій трубі висока, для зняття напруги можна виконати місцевий відпал.

4. Специфікації конструкції установки

1. Встановлення трубопроводу не можна виконувати шляхом примусового вирівнювання або сильного тягнення чи штовхання. Залиште достатній припуск на теплове розширення, щоб уникнути залишкової напруги розтягування під час встановлення.
2. Відстань між опорами та підшипниками має відповідати нормам, щоб запобігти тому, щоб трубопровід залишався у підвішеному стані, опускався чи згинався під дією сили.
3. Для високо{1}}температурних трубопроводів необхідно встановлювати компенсатори для компенсації теплового розширення та звуження, щоб запобігти утворенню тріщин через термічне навантаження.

5. Захист від експлуатації та технічного обслуговування
1. Не виконуйте роботу за межами тиску або навантаження, щоб уникнути гідроудару та різких коливань тиску.
2. Ізолюйте та запобігайте замерзанню для низько-температурних трубопроводів, щоб уникнути крихкого розтріскування; заборонити прямі удари і стуки по трубопроводах взимку.
3. Нанесіть антикорозійне покриття та катодний захист на підземні трубопроводи, щоб ізолювати ґрунтові іони хлориду, кислоти та луги від корозії.
4. Регулярні перевірки: зосередьтеся на огляді зварних швів, отворів труб і колінних ділянок (там, де напруга є найвищою та ймовірність утворення тріщин), а також негайно виріжте та замініть будь-які незначні тріщини, щоб запобігти їх розширенню та розриву трубопроводу.

1. Основна причина розтріскування:Дефекти матеріалу + залишкова напруга + неправильний процес + зовнішня сила / низька температура / корозія разом;

2. Сценарії, схильні до злому:Виробнича прокатка/зварювання, загартування холодним витягуванням, термічний удар різання, низька-температура, корозійне середовище, примусове встановлення;

3. Виробниче запобігання розтріскування:Контроль сировини, контроль температури, розумне зменшення, термічна обробка після-зварювання, зняття напруги, онлайн-пошук дефектів;

4. Використання запобігання розтріскування:Виберіть потрібний матеріал, дбайливе зберігання та транспортування, обробку холодним різанням, стандартизоване встановлення, контроль тиску, анти-корозію та-замерзання.