304H是一種更常用的奧氏體不銹鋼，化學(xué)成分與304非常相似，但含碳量略高于304。它具有較好的耐高溫性?；瘜W(xué)成分和機(jī)械性能如下。表1、表2 苯乙烯廠換熱器出水管6根不銹鋼管全部采用304H材質(zhì)。試運行4個月后，彎頭焊縫處出現(xiàn)裂紋，焊縫中心位置出現(xiàn)裂紋，開始時受壓堵漏，但在使用過程中不斷出現(xiàn)裂紋或裂紋。后續(xù)使用。變形問題。我們正在對我們的苯乙烯裝置進(jìn)行日常維護(hù)，我們需要調(diào)查裂縫的原因并提出解決方案。
1 現(xiàn)場情況說明
35-E-3002型換熱器出口管路有6支支管，尺寸Q3566.35mm，介質(zhì)為過熱蒸汽，工作壓力為0.046MPa。工作溫度588~600，支管上部有1個DN350截止閥和1個DN200*250安全閥，如圖1、圖2所示，不支撐立管. 3、304H不銹鋼管的裂紋有：
(1)2005年7月19日，在304H不銹鋼管的一個焊縫處發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋位于焊接接頭的中心，然后在壓力下密封泄漏。
(2) 2006年10月，為檢修檢修，設(shè)備停機(jī)，對管道焊接接頭進(jìn)行滲透試驗（PT），結(jié)果發(fā)現(xiàn)4個接頭處出現(xiàn)裂紋，進(jìn)行焊接修補。同年11月10日，設(shè)備檢修后工作約10天。當(dāng)再次發(fā)現(xiàn)裂縫時，當(dāng)時采用的方法是加壓防止泄漏，通過仔細(xì)檢查識別零件的著色。
(3)經(jīng)2008年5月檢修，6根304H不銹鋼管全部變形，發(fā)現(xiàn)裂紋5處，修復(fù)缺陷部位。
2、304H不銹鋼管裂紋位置分析
304H不銹鋼管焊接接頭和熱影響區(qū)通常有裂紋，甚至母材表面出現(xiàn)細(xì)小的表面裂紋，立管整體有蠕變膨脹變形。
2006年10月，在4個噴嘴處發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋主要出現(xiàn)在彎頭和直管的焊縫附近，焊縫中心僅出現(xiàn)2處裂紋，如圖4所示。其余大部分位于熱影響區(qū)，如圖5t所示，管材基材也存在一些表面裂紋。
2008 年5 月的一次檢查顯示，6 個管道中有5 個存在裂縫。還觀察到彎頭處的焊接接頭和304H 不銹鋼管中的裂紋。
3 金屬破損原因分析
從焊接的角度，金屬材料的裂紋分析包括：焊接材料選擇錯誤。工藝參數(shù)不合理，熱輸入過大，焊縫存在未熔合、未焊透、夾渣、咬邊等缺陷。焊縫處有較大的應(yīng)力。在工況分析中，存在金屬疲勞引起的塑性變形損傷。由于高溫下材料特性的變化引起的蠕變損壞。腐蝕介質(zhì)和因拉應(yīng)力和其他原因引起的應(yīng)力開裂。
從焊接角度分析
參考制造商的初始施工數(shù)據(jù)顯示，該位置用于焊接的焊接材料為ER308+A102。作為304不銹鋼廣泛使用的焊接材料，在焊接304H材料的熱管時，材料選擇不正確是很自然的。該批焊接材料的附加檢查確保含碳量小于0.04%，焊接時是否存在元素?zé)龘p、粗顆粒、殘余焊縫應(yīng)力等，焊縫面積和熱量確定如下： - 在這些高溫操作中，受影響區(qū)域的機(jī)械性能本質(zhì)上不如母材，并且焊接部位的剪切應(yīng)力、蠕變和應(yīng)力松弛比母材發(fā)生得更早。
操作條件下的分析
由于管道介質(zhì)為蒸汽，不存在腐蝕介質(zhì)，不存在晶間腐蝕條件，也不存在應(yīng)力腐蝕開裂條件，因此可以判斷這里的裂紋不是應(yīng)力腐蝕引起的。
在這里，安全閥支管在穩(wěn)定狀態(tài)下承受靜載荷，工作溫度變化很小，因此溫度和力不存在交變或周期性變化，不存在金屬疲勞損壞的情況。也可以排除金屬疲勞造成的損壞。
在高溫條件下，金屬材料在恒定的外力作用下會發(fā)生緩慢、持久的變形，我們稱之為蠕變。在高溫和應(yīng)力的作用下，所有金屬都會發(fā)生蠕變。換句話說，發(fā)生永久變形，最終導(dǎo)致金屬失效。負(fù)荷越高，溫度越高，它開裂的速度就越快。
4 高溫條件下金屬材料蠕變的討論
力分析
安全閥排放管道的工作溫度約為588-600，主要受力條件之一是管道系統(tǒng)本身的內(nèi)部壓力，另一個是管道和閥門配件的自重。內(nèi)壓小，對管道故障起主導(dǎo)作用，暫不考慮。
安全閥支管的45彎頭可以簡單地認(rèn)為是一個薄壁圓柱形承重構(gòu)件，主要支撐直管、小頭、法蘭、截止閥和截止閥的重量。安全閥G-box通過查表估算。 19.6 千牛）。并假設(shè)所有的重量都作用在立管和彎頭上，通過下面的分析可以得到法向彎曲應(yīng)力。
金屬的蠕變變形大部分是塑性變形，也可以認(rèn)為是一種緩慢的金屬流動。對于在高溫下長期使用的304H不銹鋼管，焊縫處的應(yīng)力消除可以消除應(yīng)力。無花果。圖12 的金屬蠕變曲線表明，金屬的蠕變變形隨時間增加，應(yīng)變首先進(jìn)行，直到在減速器、恒速器和加速器中發(fā)生斷裂。這也可以解釋為什么它會隨著時間的推移而增加。 304H不銹鋼管的裂紋和變形會變得更大更明顯，這種情況將在2008年出現(xiàn)。
在圖13 中，對于外徑為356 毫米、壁厚為6.35 毫米的304 不銹鋼，其工作溫度極限約為1120'F，基本接近工作溫度。因此，可以確定，基本上，如果減小半徑與厚度的比值，則可以適當(dāng)提高材料的溫度極限。例如，增加基材的厚度。
奧氏體不銹鋼的物理特性是導(dǎo)熱系數(shù)低，線膨脹系數(shù)大，每條支線對應(yīng)兩端，在高溫狀態(tài)下施加應(yīng)力時，由于應(yīng)力引起的塑性變形難以沿軸向切割.根據(jù)管道規(guī)格表，管道為DN350有縫管，外徑為356mm，管道標(biāo)準(zhǔn)周長為1118.4mm，根據(jù)現(xiàn)場測量，所有管道外徑測量結(jié)果基本較大，整個管道都會后退。
Odolite不銹鋼焊縫在高溫下會析出，使焊縫發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變，立管在高溫下運行時，由于外面沒有絕緣層，會凝結(jié)少量蒸汽冷凝水。管壁內(nèi)。造成管壁熱應(yīng)力分布不均勻，這些因素也在一定程度上促成了管道的變形和開裂。
綜上所述，由于304H管道的管徑/壁厚比較大。 DN350管道設(shè)計壁厚僅為6.35mm，管道壓力不高，但每條管道都支持一個大截止閥和一個無支架安全閥。在如此大的載荷和高溫等不利因素的共同作用下，管道發(fā)生金屬蠕變，最終導(dǎo)致焊縫開裂、母材變形和膨脹，從而導(dǎo)致管道變形。揉皺和彎曲
5. 結(jié)論
304H不銹鋼管產(chǎn)生裂紋的根本原因是管道焊接材料選擇不正確以及立管本身沒有支撐支架，在高溫條件和載荷的共同作用下產(chǎn)生蠕變。由于奧氏體焊接接頭和高溫蒸汽冷凝物在口腔上發(fā)生脆化和熱應(yīng)力應(yīng)變，促進(jìn)金屬的變形和開裂。
鑒于上述情況，2008年檢修期間，全部6個304H熱管彎頭和直管段全部更換。焊絲為ER308H，焊條為E308H。焊接時使用小熱輸入，確保地板間溫度低于100C，立管加裝彈簧支架，立管保溫。
6根304H不銹鋼管自管道改造以來已正常運行一年多，可見304H不銹鋼管裂紋變形的處理措施是比較合理有效的。