不銹鋼法蘭開裂原因分析

　　1 理化分析首先，對開裂法蘭進行了化學成分分析

　　分析結果表明，該法蘭及焊接材料的化學成分均符合相關標準要求。對該法蘭頸部外表面及密封面分別進行布氏硬度測試，其布氏硬度測試值符合JB4728-2000標準要求。

　　在材料化學成分合格、硬度檢測合格、管道安裝符合技術要求、耐壓試驗操作規范的前提下，管道法蘭在耐壓試驗過程中開裂，說明產生的缺陷與法蘭的內部組織結構或其他未知因素有關。

　　2 裂紋性質分析2.1 表面裂紋形貌

　　將該泄漏不銹鋼法蘭從管道上切割下來，對其進行宏觀檢查，發現不銹鋼法蘭內表面存在裂紋，最長為3mm，寬為0.5mm，裂紋及其附近已經產生銹漬;法蘭螺栓孔內表面也發現較多裂紋;法蘭密封面及其他位置發現多處非金屬夾雜物，個別非金屬夾雜物因脫落在法蘭密封面表面形成小凹坑，凹坑大為 2.0mm，小為 0.8mm，凹坑的邊緣有肉眼可見的微小裂紋。

　　對同廠家、同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭進行現場宏觀檢查，發現多件法蘭存在不同程度的缺陷，有的法蘭外表面存在肉眼可見的明顯裂紋。宏觀檢查結果進一步表明，法蘭泄漏與法蘭本身因素有關系。

　　2.2 剖面裂紋形貌

　　為進一步探求法蘭泄漏的真正原因，隨機選擇一件同廠家、同批次，且密封面上因非金屬夾雜物脫落而形成小凹坑的平焊法蘭，對其進行解剖，將其分成大小不均的三份，仔細觀察其剖面發現，法蘭的6個剖面中有4個剖面有肉眼可見的裂紋，裂紋幾乎貫穿整個剖面。

　　選擇其中一個剖面，經粗磨、細磨、腐蝕后觀察，裂紋更加明顯，幾乎貫穿了整個剖面。裂紋具有一定的寬度，大多裂紋空隙處噙含黑色非金屬夾雜物，其中有一處夾雜物距離法蘭密封面約3.0mm，直徑約 2.5mm，夾雜物上部至密封面有明顯的補焊痕跡，補焊面積約380mm2，補焊深度達3.0mm。

　　在這條新建的工藝管道上，使用的管道組成件并非是利舊品，而是新購進的產品，在法蘭剖面上發現了多處噙含非金屬夾雜物的裂紋，可以初步判定：裂紋的產生與大量存在的非金屬夾雜物有關。而剖面上的補焊痕跡，卻是一種令人費解的、非常不正常的現象。

　　2.3 金相組織分析

　　為進一步探求不銹鋼法蘭裂紋產生的原因，弄清楚新購買的法蘭在組焊到管道上之前是否真的經歷了補焊，對法蘭剖面裂紋位置進行金相檢驗。

　　取1中所述試件，對法蘭剖面上有補焊痕跡的位置進行細磨、拋光，在100倍顯微鏡下觀察，裂紋更加清晰，較長的裂紋內部含有體積較大的條狀非金屬夾雜物(見圖2)及剖面上彌散的點狀非金屬夾雜物;裂紋尖端禿鈍，裂紋兩側未見明顯異常現象;該處金相組織含枝晶狀奧氏體，是典型的奧氏體不銹鋼焊接接頭組織。

　　3 裂紋成因分析3.1 大量存在的非金屬夾雜物，是裂紋產生的根源

　　由于制造法蘭的鍛坯內存在大量的非金屬夾雜物，在鍛制過程中，體積型夾雜經反復鍛制，變成面積型夾雜，使材料內部產生了沿夾雜物尖端的鍛制裂紋。體積較大的夾雜物鍛制后變成了尺寸較大的裂紋;體積較小的夾雜物鍛制后變成了尺寸較小的微裂紋。這些裂紋大多是埋藏裂紋。

　　鍛坯經過機加工后，埋藏裂紋有的變成了表面裂紋，這就是宏觀檢查中發現法蘭內外表面、螺栓孔內存在較多的微裂紋的原因。對于法蘭表面尺寸較大的裂紋，為了能讓產品出廠，生產廠家采取了打磨→消除表面裂紋→補焊→再次機加工等手段，使法蘭外觀上看起來沒有明顯的缺陷。這就是法蘭補焊面積380mm2、補焊深度3mm的原因。

　　3.2 鍛制裂紋在試驗壓力作用下進一步擴展，致使法蘭最終泄漏

　　大量存在的非金屬夾雜物，會降低材料的塑性和韌性，裂紋內部的夾渣使裂紋的尖端產生應力集中，法蘭無法承受外加載荷，致使在耐壓試驗過程中，試驗壓力剛剛達到0.6MPa，法蘭便開裂泄漏。

　　3.3 焊縫裂紋分析

　　現場對法蘭、尾水錐管進行了光譜檢驗，化學成分符合304不銹鋼的成分要求。

　　不銹鋼法蘭與尾水管焊接處存在焊縫裂紋主要是由于焊接過程中根部存在未焊透。焊接過程中如果采用焊條電弧焊，層道之間未清渣，造成焊縫中存在大量的夾渣。檢修過程中發現的焊縫缺陷正是引起焊縫裂紋的原因，尤其是根部未焊透，此類缺陷為危害性缺陷，在運行過程中會從未焊透部位產生裂紋，從而引起開裂。