Analyse van oorzaken, scenario's en preventiemaatregelen voor scheuren in stalen buizen

De essentie van het scheuren van stalen buizen is dat de interne spanning groter is dan de vloeigrens/breuksterkte van het materiaal. Bovendien zijn er vier belangrijke oorzaken: materiaalfouten, procesfouten, overmatige externe krachten en omgevingscorrosie.

Van microscopisch kleine korrelscheuren tot micro-scheuruitbreiding tot macroscopische scheuren, het komt voor in vijf vormen: longitudinale scheuren, dwarsscheuren, omtrekscheuren, eindscheuren en lasscheuren.

1. Materiële-gerelateerde redenen (inherente defecten)

1. Insluitsels/fasescheiding in grondstoffen
Als tijdens de staalproductie het gehalte aan zwavel, fosfor, zuurstof en waterstof de norm overschrijdt, zullen sulfiden en oxiden zich ophopen, waardoor de continuïteit van metaalkorrels wordt verstoord en bronnen van scheuren worden; als het koolstofequivalent te hoog is, wordt het staal bros, heeft het een slechte taaiheid en is het vatbaar voor koudscheuren.

2. Onvoldoende metallografische structuur
Grove korrels, gestreepte structuur, Vickers-structuur, geharde martensiet harde en brosse structuur, aanzienlijk verminderde plasticiteit, zelfs lichte spanning zal scheuren veroorzaken.

3. Ongelijke wanddikte, overmatige ellipticiteit
De ene kant van de buis is dikker en de andere kant is dunner. De spanning concentreert zich op het dun-wandige gebied, en scheuren ontstaan ​​bij voorkeur onder spanning.

4. Waterstof-geïnduceerd scheuren (meest voorkomend)
Tijdens de staalproductie absorberen zuurwassen, lassen en galvaniseren waterstof, waterstofatomen dringen het rooster binnen, hopen zich op om interne druk te vormen, kraken de korrels en manifesteren zich meestal als vertraagd kraken.

2. Redenen voor het productieproces (post-fabricagefouten)

1. Ongepast warmwals-/koudtrekproces

• Te hoge verwarmings-/koeltemperatuur: Oververhitting leidt tot grove korrels en onvolledig smeden; een te lage temperatuur resulteert in slechte plasticiteit en direct scheuren tijdens het walsen.
• Overmatige vermindering van het rollen: Overmatige vervorming per enkele doorgang overschrijdt de tolerantielimiet van het materiaal, waardoor interne gelaagdheid en micro-scheuren ontstaan.
• Geen tussentijds gloeien bij koudtrekken: Ernstige verharding bij koud werk, overmatige resttrekspanning en natuurlijke scheurvorming tijdens opslag en snijden.

2. Defecten aan gelaste stalen buizen
Spiraallassen, lassen met rechte naad: gebrek aan penetratie, insluiting van slak, gasporositeit, ondersnijding, lasrups, de las is een zwak gebied, spanningsconcentratie veroorzaakt directe scheuren; overmatige warmte-inbreng bij het lassen, broosheid in de door hitte-beïnvloede zone.

3. Onjuiste warmtebehandeling
Een te snelle afkoeling tijdens het normaliseren en uitgloeien leidt tot uitdovingsstress; onvoldoende tempering, restspanning niet vrijgegeven en daaropvolgende langzame scheuren.

4. Snijden, afschuinen, afschuinen
Zagen en vlamsnijden veroorzaken thermische spanning en een verharde laag, waardoor aan het uiteinde microscheurtjes ontstaan, die vervolgens uitzetten.

3. Oorzaken van stress en externe krachten
1. Resterende interne stress
Na walsen, lassen en koudtrekken is de interne spanning niet verdwenen. De stalen buis heeft binnenin zijn eigen trekspanning en zal op natuurlijke wijze barsten, zelfs zonder externe kracht.

2. Mechanische overbelasting door externe krachten
Compressie, impact, buigen, ongelijkmatige krachtverdeling tijdens hijsen en installeren, en het overschrijden van de ontwerpvloeigrens van de stalen buis.

3. Stressconcentratie
Er ontstaan ​​scheuren bij de opening van de buis, krassen die putjes veroorzaken, scherpe hoeken door draadverwerking en plotselinge veranderingen in de wanddikte. Lokale spanning wordt meerdere malen vergroot, wat leidt tot onmiddellijke scheurvorming.

4. Oorzaken van corrosie en verslechtering van milieu en medium
1. Verbrossing bij lage- temperatuur
Buizen met laag-koolstofgehalte en laag-gelegeerd staal vertonen een aanzienlijke daling in slagvastheid bij extreem lage temperaturen. Zelfs lichte trillingen of stoten kunnen brosse breuken en barsten veroorzaken.

2. Corrosiescheuren

• Spanningscorrosie: Vocht, zuren, logen, chloride-ionen + trekspanning, resulterend in spanningscorrosiescheuren (SCC).
• Intergranulaire corrosie: Het medium erodeert de korrelgrenzen, waardoor geleidelijke scheuren ontstaan.
• Waterstofcorrosie, sulfidecorrosie (gebruikelijk in olieveld- en kolenchemische pijpleidingsystemen).

1. Barsten tijdens productie

• Tijdens warmwalsen en doorboren:De pijpstaaf heeft een lage temperatuur en bevat veel insluitsels, wat resulteert in een directe scheur aan de doorsteekpunt.
• Tijdens het walsproces:Overmatige drukvermindering, onjuiste afstelling van de geleidingsrollen, waardoor scheuren in de pijpwand in de lengterichting ontstaan.
• Tijdens de productie van koudtrekken:Slechte smering van de mallen, overmatige vervorming en het niet uitgloeien, wat leidt tot scheuren tijdens het trekken.
• Tijdens lasvorming:Slechte lasvorming, mismatch tussen lasstroom en -spanning, onmiddellijke scheurvorming in de las.
• Tijdens het rechttrekken:Overmatige druk op de richtrollen, waardoor de buis wordt verbrijzeld en er dwarsscheuren ontstaan.

2. Barsten tijdens opslag/transport

• Koudgetrokken-pijpen en gelaste pijpen hebben geen spanningsverlichting ondergaan, en plotselinge temperatuurveranderingen tijdens opslag buiten veroorzaken thermische uitzetting en krimp, wat tot scheuren leidt.
• Onjuiste binding tijdens transport en tillen, en onredelijke opvulpunten, resulteren in lokale compressie en slijtage, waardoor scheuren ontstaan.
• Blootstelling aan vocht, regen, roest en corrosie, waardoor micro-scheurtjes in het oppervlak geleidelijk groter worden.

3. Kraken na-verwerking

• Vlamsnijden en slijpen van buisuiteinden, thermische schokken veroorzaken eindscheuren.
• Draadsnijden, draadsnijden, gleufbewerking, snijspanning in combinatie met scherpe hoekspanning leidt tot scheuren.
• Willekeurig afknotten, ruw kloppen, trillingen versterken de bestaande micro-scheuren.

4. Barsten tijdens installatie en gebruik

• Geforceerde uitlijning van leidingen, hard trekken voor verbinding, resulterend in trekspanning bij installatie.
• Overschrijding van de ontwerpdruk voor druk-lagering, waterslag, plotselinge drukstijging en -daling.
• Buitengebruik bij lage temperaturen, zonder isolatie, waardoor brosse breuken ontstaan.
• Funderingszetting van ondergrondse leidingen, hangende belasting, bodemcorrosie.
• Omstandigheden bij hoge-temperaturen: kruip op lange- termijn hoge- temperaturen, graanslip veroorzaakt scheuren; afwisselend warme en koude cycli, thermische vermoeiingsscheuren.

1. Controle van grondstoffen (voorkomen van scheuren bij de bron)

1. Controleer strikt de samenstelling van de staalproductie: reduceer zwavel en fosfor, controleer het koolstofequivalent, controleer het waterstofgehalte strikt, selecteer gekwalificeerde knuppels en vermijd willekeurige vermenging van schroot en andere onzuiverheden.

2. AAlle binnenkomende knuppels moeten een foutdetectie ondergaan: ultrasone/inductiefoutdetectie, interne insluitingen, gelaagde en krimpdefecten verwijderen.

3. Univorm verwarming van knuppels: stap-voor-staps verwarmen van de oven met een constante snelheid, waarbij lokale oververhitting en onderverhitting wordt vermeden, en voldoende houdtijd wordt gegarandeerd om een ​​uniforme microstructuur te bereiken.

2. Aanpassing van het wals-/koudtrekproces
1. Nauwkeurige temperatuurregeling
Bij warmwalsen worden de begin- en eindwalstemperaturen strikt gecontroleerd om de brosse zone te vermijden; in een omgeving met lage- temperaturen wordt de verwarmingstemperatuur van de knuppel op passende wijze verhoogd.

2. Redelijke verdeling van de reductie
Verminder de hoeveelheid enkele rolvervorming, gebruik meerdere passen met een kleine reductie om overmatige spanning in één keer te voorkomen; optimaliseer de afstand tussen rollen en geleiders om een ​​uniforme wanddikte te garanderen en te voldoen aan de ellipticiteitsvereisten.

3. Anti-scheurvorming bij koudtrekken
Voer vóór het koudtrekken een sferoïdisatie-gloeien uit om werkverharding te elimineren; polijst de mallen en zorg voor voldoende smering om wrijvingsspanning te verminderen; gebruik meerdere tekenpassages en voeg in het midden gloeiprocessen toe.

3. Speciale maatregelen tegen-scheuren voor gelaste stalen buizen
1. Zorg ervoor dat de lasstroom, spanning en lassnelheid op elkaar zijn afgestemd om onvolledige penetratie, ondersnijding en insluiting van slak te voorkomen.
2. Voorverwarmen vóór het lassen en langzaam afkoelen na het lassen. Buizen met hoog-koolstofstaal/gelegeerd staal moeten na het lassen worden getemperd om de spanning te verminderen.
3. Voer in-line ultrasone en röntgen-foutdetectie uit op lasnaden en verwijder onmiddellijk gescheurde stalen buizen.

4. Warmtebehandeling voor stressverlichting (belangrijk proces)
1. Koud-getrokken buizen, dik-wandige buizen en gelegeerde buizen moeten spanningsontlastend gloeien/normaliseren ondergaan om restspanningen als gevolg van walsen en lassen te verminderen.
2. Controleer de koelsnelheid. Verbied luchtkoeling of snelle koeling. Gebruik ovenkoeling en langzame koeling in putten om verharding van structuren te voorkomen.

5. Controle na-verwerking en rechttrekken
1. Fijn-stel de druk van de richtrol nauwkeurig af om te voorkomen dat overmatig rechttrekken dwarsscheuren veroorzaakt; opnieuw-inspecteer na het rechttrekken.
2. Gebruik verwerking op lage-snelheid voor het afronden en afschuinen van de pijpmond om directe verbranding van de pijpmond door vlamsnijden te voorkomen; Gebruik in plaats daarvan mechanisch zagen om thermische scheuren te verminderen.
3. Maak na verwerking een afgeronde overgang bij de pijpmonding om spanningsconcentratie veroorzaakt door scherpe hoeken en gaten te elimineren.

6. Online kwaliteitsinspectie
Er worden volledige-wervelstroom-, ultrasone en hydrostatische tests uitgevoerd om micro-scheurtjes vooraf te detecteren en te voorkomen dat producten met scheuren uit de productielijn vrijkomen.

1. Typekeuze en compatibiliteit (selecteer eerst de juiste buis)
1. Omgeving met lage- temperatuur:Selecteer stalen buizen die bestand zijn tegen lage- temperatuurinvloeden (zoals Q355C/D/E) en vermijd het gebruik van gewoon- koolstofstaal.
2. Corrosieve media (zuur, alkali, chemisch, kust):Selecteer gegalvaniseerde buizen, roestvrij staal, buizen van anti-corrosielegering. Gewone koolstofstalen buizen zijn gevoelig voor spanningscorrosie.
3. Hoge-druk en hoge- temperatuuromstandigheden:Selecteer dik-wandige, naadloze stalen buizen. Wijs dun-wandige gelaste buizen af ​​als vervanging.

2. Opmerkingen over opslag en transport
1. Bewaar de afgewerkte stalen buizen plat om te voorkomen dat ze hangen of worden onderworpen aan spanning op één- punt; gebruik gelaagde houten steunen om direct hard contact en beknelling te voorkomen.
2. Bedek ze tijdens regenachtige dagen om roesten als gevolg van blootstelling aan regen en scheuren veroorzaakt door plotselinge temperatuurveranderingen te voorkomen; houd ze uit de buurt van omgevingen met zuur- en alkalicorrosie.
3. Gebruik flexibele hijsbanden voor transport en tillen. Druk niet rechtstreeks met staalkabels op de pijpmond of het lichaam. Strikt verbieden ruwe behandeling en impact.

3. Snijden en secundaire verwerking
1. Probeer zoveel mogelijk mechanisch koudsnijden te gebruiken en minimaliseer het gebruik van vlamheetsnijden; Als snijden met een vlam nodig is, verwijder dan de verharde laag en micro-scheurtjes na het snijden.
2. Maak na het draadsnijden en gleuffrezen afschuiningen en afgeronde hoeken om de spanningsconcentratie op de scherpe hoeken tijdens de verwerking te elimineren.
3. Als de spanning in de verwerkte stalen buis hoog is, kan plaatselijk gloeien worden uitgevoerd om de spanning te verlichten.

4. Installatieconstructiespecificaties

1. De installatie van pijpleidingen mag niet worden uitgevoerd door met geweld uit te lijnen of met kracht te trekken of te duwen. Laat voldoende thermische uitzettingsruimte over om resttrekspanningen tijdens de installatie te voorkomen.
2. De afstand tussen steunen en lagers moet voldoen aan de voorschriften om te voorkomen dat de pijpleiding onder invloed blijft hangen, zinken of buigen.
3. Voor pijpleidingen met hoge- temperaturen moeten dilatatievoegen worden geïnstalleerd om de thermische uitzetting en krimp te compenseren, zodat wordt voorkomen dat thermische spanning scheuren veroorzaakt.

5. Bedienings- en onderhoudsbescherming
1. Werk niet buiten de druk- of belastingslimieten om waterslag en plotselinge drukschommelingen te voorkomen.
2. Isoleer en voorkom bevriezing van pijpleidingen met lage- temperaturen om brosscheuren te voorkomen; verbieden directe impact en kloppen op pijpleidingen in de winter.
3. Breng anti-corrosiecoatings en kathodische bescherming aan op ondergrondse pijpleidingen om bodemchloride-ionen, zuren en alkaliën te isoleren tegen corrosie.
4. Regelmatige inspecties: Concentreer u op het inspecteren van lassen, pijpopeningen en elleboogsecties (waar de spanning het hoogst is en scheuren het meest waarschijnlijk optreden), en verwijder en vervang eventuele kleine scheurtjes onmiddellijk om uitzetten en scheuren van de pijpleiding te voorkomen.

1. Oorzaak van scheuren:Materiaaldefecten + restspanning + onjuist proces + externe kracht / lage temperatuur / corrosie gecombineerd;

2. Scenario's die vatbaar zijn voor barsten:Productiewalsen/lassen, harden door koudtrekken, thermische schokken bij snijden, gebruik bij lage- temperaturen, corrosieve omgeving, geforceerde installatie;

3. Productiepreventie van scheuren:Controle van grondstoffen, controle van de temperatuur, redelijke reductie, thermische behandeling na- het lassen, spanningsverlichting,- online foutdetectie;

4. Gebruikspreventie van barsten:Selecteer het juiste materiaal, zorgvuldige opslag en transport, koudsnijden, gestandaardiseerde installatie, controledruk, anti-corrosie en anti-bevriezing.