تجزیه و تحلیل علل، سناریوها و اقدامات پیشگیری از ترک خوردگی لوله های فولادی

ماهیت ترک خوردگی لوله فولادی این است که تنش داخلی بیشتر از مقاومت تسلیم / چقرمگی شکست ماده است. علاوه بر این، چهار علت عمده وجود دارد: نقص مواد، نقص فرآیند، نیروی خارجی بیش از حد، و خوردگی محیطی.

از ترک خوردگی دانه میکروسکوپی گرفته تا انبساط میکرو{0}}ترک تا ترک های ماکروسکوپی، به پنج شکل رخ می دهد: ترک های طولی، ترک عرضی، ترک های محیطی، ترک های انتهایی، و ترک خوردگی جوش.

1. دلایل مربوط به مادی- (نقایص ذاتی)

1. گنجاندن / تفکیک فاز در مواد خام
در طول تولید فولاد، اگر محتوای گوگرد، فسفر، اکسیژن و هیدروژن از حد استاندارد فراتر رود، سولفیدها و اکسیدها تجمع می‌یابند و تداوم دانه‌های فلزی را مختل می‌کنند و به منابع ترک تبدیل می‌شوند. اگر معادل کربن خیلی زیاد باشد، فولاد شکننده می شود و چقرمگی ضعیفی دارد و مستعد ترک خوردگی سرد است.

2. ساختار متالوگرافی ناکافی
دانه های درشت، ساختار نواری، ساختار ویکرز، ساختار سخت و شکننده مارتنزیت سخت شده، کاهش قابل توجه انعطاف پذیری، حتی تنش جزئی باعث ایجاد ترک می شود.

3. ضخامت دیوار ناهموار، بیضی بودن بیش از حد
یک طرف لوله ضخیم‌تر و طرف دیگر نازک‌تر است، تنش در ناحیه نازک-دیواره متمرکز می‌شود و ترک‌ها ترجیحاً تحت تنش ایجاد می‌شوند.

4. ترک ناشی از هیدروژن-(شایع ترین)
در طول تولید فولاد، فرآیندهای اسیدشویی، جوشکاری، آبکاری هیدروژن را جذب می‌کنند، اتم‌های هیدروژن به شبکه نفوذ می‌کنند، برای تشکیل فشار داخلی تجمع می‌یابند، دانه‌ها را می‌شکنند و بیشتر به صورت ترک‌خوردگی تاخیری ظاهر می‌شوند.

2. دلایل فرآیند تولید (نقص-پس از ساخت)

1. نامناسب نورد گرم / فرآیند کشیدن سرد

• دمای بیش از حد گرمایش / سرمایش: گرمای بیش از حد منجر به دانه های درشت و آهنگری ناقص می شود. دمای خیلی پایین باعث شکل پذیری ضعیف و پارگی مستقیم در حین نورد می شود.
• کاهش بیش از حد در نورد: تغییر شکل بیش از حد در هر گذر از حد تحمل ماده فراتر رفته و باعث لایه‌بندی داخلی و ترک‌های میکرو-می‌شود.
• بدون بازپخت میانی در کشش سرد: سخت شدن شدید کار سرد، تنش کششی پسماند بیش از حد و ترک طبیعی در حین نگهداری و برش.

2. عیوب در لوله های فولادی جوش داده شده
جوش مارپیچی، جوش درز مستقیم: عدم نفوذ، گنجاندن سرباره، تخلخل گاز، زیر برش، مهره جوش، جوش ناحیه ضعیفی است، غلظت تنش باعث ایجاد ترک مستقیم می شود. حرارت ورودی بیش از حد جوشکاری، شکنندگی در ناحیه تحت تأثیر گرما-.

3. عملیات حرارتی نامناسب
خنک شدن خیلی سریع در حین عادی سازی و بازپخت منجر به رفع استرس می شود. تلطیف ناکافی، تنش پسماند آزاد نشدن، و متعاقب آن ترک آهسته.

4. برش، پخ کردن، پردازش پخ
اره کردن، برش شعله باعث ایجاد تنش حرارتی و لایه سخت می شود و در انتها ترک های میکرو ایجاد می شود که متعاقباً گسترش می یابد.

3. استرس و عوامل نیروی خارجی
1. استرس داخلی باقیمانده
پس از نورد، جوشکاری و کشش سرد، تنش داخلی برطرف نشده است. لوله فولادی تنش کششی خاص خود را در داخل دارد و به طور طبیعی حتی بدون نیروی خارجی نیز ترک خواهد خورد.

2. اضافه بار مکانیکی از نیروهای خارجی
فشرده سازی، ضربه، خمش، توزیع نابرابر نیرو در طول بلند کردن و نصب، و بیش از مقاومت تسلیم طراحی لوله فولادی.

3. تمرکز استرس
ترک در شکاف باز شدن لوله، خراش ایجاد گودال، گوشه های تیز از پردازش رزوه، و تغییرات ناگهانی در ضخامت دیواره رخ می دهد. تنش موضعی چندین بار بزرگ می شود که منجر به ترک خوردن فوری می شود.

4. علل خوردگی و زوال محیط و محیط
1. تردی در دمای پایین-
لوله‌های فولادی{0}کم کربن و کم آلیاژ- در دماهای بسیار پایین افت قابل توجهی در چقرمگی ضربه نشان می‌دهند. حتی ارتعاشات یا ضربه های جزئی می تواند باعث شکستگی و ترک خوردگی شود.

2. ترک خوردگی

• خوردگی تنشی: رطوبت، اسیدها، قلیاها، یونهای کلرید + تنش کششی، در نتیجه ترک خوردگی تنشی (SCC).
• خوردگی بین دانه ای: محیط مرزهای دانه را فرسایش می دهد و باعث ایجاد ترک تدریجی می شود.
• خوردگی هیدروژنی، خوردگی سولفیدی (متداول در سیستم های خط لوله شیمیایی میدان نفت و زغال سنگ).

1. ترک خوردگی در حین تولید

• هنگام نورد گرم و سوراخ کردن:شمش لوله دمای پایینی دارد و دارای اجزای زیادی است که منجر به پارگی مستقیم در نوک سوراخ می شود.
• در طول فرآیند نورد:کاهش بیش از حد فشار، تنظیم نادرست غلتک های راهنما، ایجاد ترک های طولی دیواره لوله.
• در طول تولید کشش سرد:روانکاری ضعیف قالب ها، تغییر شکل بیش از حد، و شکست در بازپخت شدن، منجر به ترک خوردن در حین کشش می شود.
• در طول تشکیل جوش:شکل گیری ضعیف جوش، عدم تطابق جریان و ولتاژ جوش، ترک خوردن فوری جوش.
• در طول فرآیند صاف کردن:فشار بیش از حد بر روی غلتک های صاف کننده، باعث له شدن لوله و ایجاد ترک های عرضی می شود.

2. ترک خوردگی در حین ذخیره سازی/حمل و نقل

• لوله‌های سرد-کشیده شده و لوله‌های جوش داده شده تحت تنش‌زدایی قرار نگرفته‌اند و تغییرات دمایی ناگهانی در طول ذخیره‌سازی در فضای باز باعث انبساط و انقباض حرارتی می‌شود که منجر به ترک خوردن می‌شود.
• اتصال نامناسب در هنگام حمل و نقل و بلند کردن و نقاط بالشتک نامعقول باعث فشرده شدن و سایش موضعی و ایجاد ترک می شود.
• قرار گرفتن در معرض رطوبت، باران، زنگ زدگی و خوردگی، به تدریج در حال گسترش ترک های ریز روی سطح.

3. ارسال{1}}کرک پردازش

• برش شعله و سنگ زنی انتهای لوله، شوک حرارتی باعث ایجاد ترک در انتهای لوله می شود.
• برش نخ، رزوه کشی، پردازش شکاف، تنش برش همراه با تنش گوشه تیز منجر به ترک می شود.
• برش تصادفی، ضربه خشن، لرزش، ریز-ترک های موجود را تقویت می کند.

4. ترک خوردن در هنگام نصب و استفاده

• تراز اجباری لوله ها، کشیدن سخت برای اتصال، در نتیجه تنش کششی نصب.
• فراتر از فشار طراحی برای تحمل فشار، ضربه چکش آب، افزایش و کاهش فشار ناگهانی.
• استفاده در فضای باز در دمای پایین، بدون عایق، باعث شکستگی شکننده می شود.
• نشست پی لوله های مدفون، بارگذاری معلق، خوردگی خاک.
• شرایط دمایی-بالا:-خزش طولانی مدت-درجه حرارت بالا، لغزش دانه که باعث ترک خوردن می‌شود. چرخه های گرم و سرد متناوب، ترک خوردگی خستگی حرارتی.

1. کنترل مواد خام (جلوگیری از ترک از منبع)

1. ترکیب فولادسازی را به شدت کنترل کنید: کاهش گوگرد و فسفر، کنترل معادل کربن، کنترل دقیق محتوای هیدروژن، انتخاب بیلت های واجد شرایط و اجتناب از اختلاط تصادفی ضایعات فولاد و سایر ناخالصی ها.

2. Aتمام بیلت های ورودی باید تحت تشخیص عیب قرار گیرند: تشخیص نقص اولتراسونیک/القایی، حذف اجزای داخلی، عیوب لایه‌بندی و انقباض.

3. Uniفرم گرمایش بیلت ها: گرمایش گام به گام-کوره با سرعت ثابت، جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی و کم گرم شدن، و اطمینان از زمان نگهداری کافی برای دستیابی به ریزساختار یکنواخت.

2. تنظیم فرآیند کشیدن نورد/سرد
1. کنترل دقیق دما
برای نورد گرم، دمای اولیه و نهایی نورد به شدت کنترل می شود تا از ناحیه شکننده جلوگیری شود. در یک محیط با دمای پایین-، دمای گرمایش بیلت به طور مناسب افزایش می یابد.

2. توزیع معقول کاهش
مقدار تغییر شکل غلتشی را کاهش دهید، از چندین پاس با کاهش کوچک استفاده کنید تا از استرس بیش از حد در یک حرکت جلوگیری کنید. بهینه سازی فاصله رول ها و راهنماها برای اطمینان از ضخامت یکنواخت دیوار و برآورده کردن الزامات بیضی بودن.

3. ضد ترک-در فرآیند کشیدن سرد
قبل از کشیدن سرد، بازپخت کروی سازی برای از بین بردن سخت شدن کار انجام دهید. قالب ها را صیقل داده و روانکاری کافی برای کاهش تنش اصطکاک ارائه دهید. از چند پاس ترسیم استفاده کنید و فرآیندهای بازپخت را در وسط اضافه کنید.

3. اقدامات ویژه ضد-ترک برای لوله های فولادی جوش داده شده
1. جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری را مطابقت دهید تا از نفوذ ناقص، زیر برش و ورود سرباره جلوگیری شود.
2. قبل از جوشکاری گرم کنید و بعد از جوش به آرامی سرد کنید. لوله‌های فولادی/آلیاژی با کربن بالا باید پس از جوشکاری برای کاهش تنش حرارت داده شوند.
3. تشخیص عیب-التراسونیک و اشعه ایکس{2}}روی درزهای جوش را انجام دهید و فوراً لوله‌های فولادی ترک خورده را بردارید.

4. عملیات حرارتی برای کاهش استرس (فرایند کلیدی)
1. لوله‌های-سرد کشیده، لوله‌های با دیواره‌های ضخیم{{2} و لوله‌های آلیاژی باید تحت بازپخت یا نرمال‌سازی تنش‌زدایی قرار گیرند تا تنش‌های پسماند ناشی از نورد و جوش‌کاری آزاد شود.
2. نرخ خنک کننده را کنترل کنید. خنک کننده هوا یا خنک کننده سریع را ممنوع کنید. برای جلوگیری از سخت شدن ساختارها از خنک کننده کوره، خنک کننده آهسته در چاله ها استفاده کنید.

5. ارسال{1}}کنترل پردازش و صاف کردن
1. فشار غلتک صاف کننده را به دقت تنظیم کنید تا از ایجاد ترک های عرضی از صاف کردن بیش از حد جلوگیری شود. بعد از صاف کردن دوباره-بازرسی کنید.
2. برای جلوگیری از سوختن مستقیم دهانه لوله توسط برش شعله، از پردازش با سرعت کم برای گرد کردن و پخ کردن دهانه لوله استفاده کنید. در عوض، از اره مکانیکی برای کاهش ترک های حرارتی استفاده کنید.
3. پس از پردازش، یک انتقال گرد در دهانه لوله ایجاد کنید تا تمرکز استرس ناشی از گوشه ها و شکاف های تیز را از بین ببرید.

6. بازرسی کیفیت آنلاین
آزمایش‌های جریان گردابی کامل، اولتراسونیک و هیدرواستاتیک فرآیندی برای شناسایی ترک‌های ریز از قبل و جلوگیری از رها شدن محصولات دارای ترک از خط تولید انجام می‌شود.

1. انتخاب نوع و سازگاری (ابتدا لوله مناسب را انتخاب کنید)
1. محیط با دمای پایین-:لوله‌های فولادی مقاوم در برابر ضربه‌های دمای پایین (مانند Q355C/D/E) را انتخاب کنید و از فولاد معمولی کم کربن استفاده نکنید.
2. رسانه های خورنده (اسیدی، قلیایی، شیمیایی، ساحلی):لوله های گالوانیزه، فولاد ضد زنگ، لوله های آلیاژی ضد زنگ-را انتخاب کنید. لوله های فولادی کربن معمولی مستعد ترک خوردگی تنشی هستند.
3. شرایط فشار و دمای بالا-بالا:لوله های فولادی ضخیم-دیواره و بدون درز را انتخاب کنید. لوله‌های جوشی با دیواره نازک-را به عنوان جایگزین رد کنید.

2. یادداشت های ذخیره سازی و حمل و نقل
1. لوله های فولادی تمام شده را صاف نگه دارید تا از معلق شدن یا قرار گرفتن در معرض تنش تک نقطه ای خودداری کنید. برای جلوگیری از تماس مستقیم سخت و فشردن از تکیه گاه های چوبی لایه ای استفاده کنید.
2. آنها را در روزهای بارانی بپوشانید تا از زنگ زدن به دلیل قرار گرفتن در معرض باران و ترک خوردن ناشی از تغییرات ناگهانی دما جلوگیری کنید. آنها را از محیط های دارای خوردگی اسیدی و قلیایی دور نگه دارید.
3. از تسمه های انعطاف پذیر بالابر برای حمل و نقل و بلند کردن استفاده کنید. مستقیماً دهانه یا بدنه لوله را با سیم طناب های فولادی فشار ندهید. برخورد خشن و ضربه را اکیداً ممنوع کنید.

3. برش و پردازش ثانویه
1. سعی کنید تا حد امکان از برش سرد مکانیکی استفاده کنید و استفاده از برش گرم شعله را به حداقل برسانید. هنگامی که برش شعله لازم است، لایه سخت شده و ترک های ریز را پس از برش بردارید.
2. پس از رزوه کشی و شکاف، پخ و گوشه های گرد ایجاد کنید تا تمرکز تنش در گوشه های تیز در حین پردازش از بین برود.
3. اگر تنش در لوله فولادی فرآوری شده زیاد باشد، می توان آنیل موضعی را برای رفع تنش انجام داد.

4. مشخصات ساخت و ساز نصب

1. نصب خط لوله نباید با تراز کردن اجباری یا کشیدن یا فشار دادن شدید انجام شود. اجازه انبساط حرارتی کافی را برای جلوگیری از تنش کششی باقیمانده در حین نصب بگذارید.
2. فاصله تکیه گاه ها و یاتاقان ها باید با مقرراتی مطابقت داشته باشد تا از معلق ماندن، فرورفتن یا خم شدن خط لوله تحت فشار جلوگیری شود.
3. برای خطوط لوله با دمای بالا، اتصالات انبساط باید برای جبران انبساط و انقباض حرارتی نصب شود و از ایجاد ترک در تنش حرارتی جلوگیری شود.

5. حفاظت از عملیات و نگهداری
1. برای جلوگیری از ضربه زدن آب و نوسانات فشار ناگهانی، فراتر از محدودیت فشار یا بار کار نکنید.
2. عایق کاری و جلوگیری از یخ زدگی برای خطوط لوله با دمای پایین-برای جلوگیری از ترک های شکننده. جلوگیری از برخورد مستقیم و ضربه زدن به خطوط لوله در زمستان.
3. پوشش‌های ضد خوردگی و حفاظت کاتدی را روی خطوط لوله مدفون اعمال کنید تا یون‌های کلرید خاک، اسیدها و قلیاها را از خوردگی جدا کنید.
4. بازرسی های منظم: بر روی بازرسی جوش ها، دهانه های لوله و مقاطع زانویی تمرکز کنید (جایی که تنش بالاترین حد است و احتمال بروز ترک در آنها بیشتر است)، و فوراً ترک های جزئی را برش داده و جایگزین کنید تا از انبساط آنها و پارگی خط لوله جلوگیری شود.

1. علت اصلی ترک خوردن:نقص مواد + تنش پسماند + فرآیند نامناسب + نیروی خارجی / دمای پایین / خوردگی ترکیبی.

2. سناریوهای مستعد شکست:نورد تولیدی / جوشکاری، سخت شدن کشش سرد، برش شوک حرارتی، استفاده در دمای پایین-، محیط خورنده، نصب اجباری؛

3. جلوگیری از ترک خوردگی در تولید:کنترل مواد خام، کنترل دما، کاهش معقول، عملیات حرارتی پس از جوش، کاهش تنش، تشخیص عیب روی خط.

4. استفاده از جلوگیری از ترک خوردگی:مواد مناسب، ذخیره سازی و حمل و نقل ملایم، پردازش برش سرد، نصب استاندارد، فشار کنترل، ضد خوردگی و ضد یخ زدگی را انتخاب کنید.