不銹鋼法蘭開裂的原因

 1概述
　　某化工裝置新建一條工藝管道，在耐壓試驗過程中，該管道上一處奧氏體不銹鋼法蘭發生泄漏，致使壓力試驗中斷。該管道主體材質采用奧氏體不銹鋼SUS304?，F場宏觀檢查發現，管道安裝位置合格，支架布局合理，管道結構正常，符合設計及技術要求。
　　該管道設計壓力為1.6MPa，本次試驗壓力為2.4MPa，當緩慢升壓至0.6MPa時，一處法蘭出現了泄漏，耐壓試驗中斷。宏觀檢查發現，裂紋位于法蘭頸部，是一條幾乎平行于焊縫的環向裂紋。裂紋斷口基本與表面垂直，斷口平齊，斷口毗鄰部位金屬未發生明顯塑性變形，可排除因超壓引起的法蘭材料失效?，F象表明，法蘭泄漏并非因為試驗操作不當引起的。
　　奧氏體不銹鋼是石油化工裝置中常用的金屬材料，但奧氏體不銹鋼法蘭在壓力試驗過程中出現開裂是比較少見的。為弄清裂紋產生原因，評價與開裂法蘭同批次的其他奧氏體不銹鋼法蘭的使用性能，有必要對此進行全面分析，并提出此類問題的解決方案。

　　2 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。

　　3 裂紋性質分析

　　3.1 表面裂紋形貌
　　將該泄漏法蘭從管道上切割下來，對其進行全面宏觀檢查，發現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，凹坑最大為 2.0mm，最小為 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。

　　3.2 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。