高碳含量的304H不锈钢管开裂原因分析及对策

304H是一种更常用的奥氏体不锈钢，化学成分与304非常相似，但含碳量略高于304。它具有较好的耐高温性。化学成分和机械性能如下。表1、表2 苯乙烯厂换热器出水管6根不锈钢管全部采用304H材质。试运行4个月后，弯头焊缝处出现裂纹，焊缝中心位置出现裂纹，开始时受压堵漏，但在使用过程中不断出现裂纹或裂纹。后续使用。变形问题。我们正在对我们的苯乙烯装置进行日常维护，我们需要调查裂缝的原因并提出解决方案。

1 现场情况说明

35-E-3002型换热器出口管路有6支支管，尺寸Q3566.35mm，介质为过热蒸汽，工作压力为0.046MPa。工作温度588~600，支管上部有1个DN350截止阀和1个DN200*250安全阀，如图1、图2所示，不支撑立管. 3、304H不锈钢管的裂纹有：

(1)2005年7月19日，在304H不锈钢管的一个焊缝处发现裂纹。裂纹位于焊接接头的中心，然后在压力下密封泄漏。

(2) 2006年10月，为检修检修，设备停机，对管道焊接接头进行渗透试验（PT），结果发现4个接头处出现裂纹，进行焊接修补。同年11月10日，设备检修后工作约10天。当再次发现裂缝时，当时采用的方法是加压防止泄漏，通过仔细检查识别零件的着色。

(3)经2008年5月检修，6根304H不锈钢管全部变形，发现裂纹5处，修复缺陷部位温州不锈钢管厂家。

2、304H不锈钢管裂纹位置分析

304H不锈钢管焊接接头和热影响区通常有裂纹，甚至母材表面出现细小的表面裂纹，立管整体有蠕变膨胀变形。

2006年10月，在4个喷嘴处发现裂纹，裂纹主要出现在弯头和直管的焊缝附近，焊缝中心仅出现2处裂纹，如图4所示。其余大部分位于热影响区，如图5t所示，管材基材也存在一些表面裂纹。

2008 年5 月的一次检查显示，6 个管道中有5 个存在裂缝。还观察到弯头处的焊接接头和304H 不锈钢管中的裂纹。

3 金属破损原因分析

从焊接的角度，金属材料的裂纹分析包括：焊接材料选择错误。工艺参数不合理，热输入过大，焊缝存在未熔合、未焊透、夹渣、咬边等缺陷。焊缝处有较大的应力。在工况分析中，存在金属疲劳引起的塑性变形损伤。由于高温下材料特性的变化引起的蠕变损坏。腐蚀介质和因拉应力和其他原因引起的应力开裂。

从焊接角度分析

参考制造商的初始施工数据显示，该位置用于焊接的焊接材料为ER308+A102。作为304不锈钢广泛使用的焊接材料，在焊接304H材料的热管时，材料选择不正确是很自然的。该批焊接材料的附加检查确保含碳量小于0.04%，焊接时是否存在元素烧损、粗颗粒、残余焊缝应力等，焊缝面积和热量确定如下： – 在这些高温操作中，受影响区域的机械性能本质上不如母材，并且焊接部位的剪切应力、蠕变和应力松弛比母材发生得更早。

操作条件下的分析

由于管道介质为蒸汽，不存在腐蚀介质，不存在晶间腐蚀条件，也不存在应力腐蚀开裂条件，因此可以判断这里的裂纹不是应力腐蚀引起的。

在这里，安全阀支管在稳定状态下承受静载荷，工作温度变化很小，因此温度和力不存在交变或周期性变化，不存在金属疲劳损坏的情况。也可以排除金属疲劳造成的损坏。

在高温条件下，金属材料在恒定的外力作用下会发生缓慢、持久的变形，我们称之为蠕变。在高温和应力的作用下，所有金属都会发生蠕变。换句话说，发生永久变形，最终导致金属失效。负荷越高，温度越高，它开裂的速度就越快。

4 高温条件下金属材料蠕变的讨论

力分析

安全阀排放管道的工作温度约为588-600，主要受力条件之一是管道系统本身的内部压力，另一个是管道和阀门配件的自重。内压小，对管道故障起主导作用，暂不考虑。

安全阀支管的45弯头可以简单地认为是一个薄壁圆柱形承重构件，主要支撑直管、小头、法兰、截止阀和截止阀的重量。安全阀G-box通过查表估算。 19.6 千牛）。并假设所有的重量都作用在立管和弯头上，通过下面的分析可以得到法向弯曲应力。

金属的蠕变变形大部分是塑性变形，也可以认为是一种缓慢的金属流动。对于在高温下长期使用的304H不锈钢管，焊缝处的应力消除可以消除应力。无花果。图12 的金属蠕变曲线表明，金属的蠕变变形随时间增加，应变首先进行，直到在减速器、恒速器和加速器中发生断裂。这也可以解释为什么它会随着时间的推移而增加。 304H不锈钢管的裂纹和变形会变得更大更明显，这种情况将在2008年出现。

在图13 中，对于外径为356 毫米、壁厚为6.35 毫米的304 不锈钢，其工作温度极限约为1120’F，基本接近工作温度。因此，可以确定，基本上，如果减小半径与厚度的比值，则可以适当提高材料的温度极限。例如，增加基材的厚度。

奥氏体不锈钢的物理特性是导热系数低，线膨胀系数大，每条支线对应两端，在高温状态下施加应力时，由于应力引起的塑性变形难以沿轴向切割.根据管道规格表，管道为DN350有缝管，外径为356mm，管道标准周长为1118.4mm，根据现场测量，所有管道外径测量结果基本较大，整个管道都会后退。

Odolite不锈钢焊缝在高温下会析出，使焊缝发生脆性转变，立管在高温下运行时，由于外面没有绝缘层，会凝结少量蒸汽冷凝水。管壁内。造成管壁热应力分布不均匀，这些因素也在一定程度上促成了管道的变形和开裂。

综上所述，由于304H管道的管径/壁厚比较大。 DN350管道设计壁厚仅为6.35mm，管道压力不高，但每条管道都支持一个大截止阀和一个无支架安全阀。在如此大的载荷和高温等不利因素的共同作用下，管道发生金属蠕变，最终导致焊缝开裂、母材变形和膨胀，从而导致管道变形。揉皱和弯曲

5. 结论

304H不锈钢管产生裂纹的根本原因是管道焊接材料选择不正确以及立管本身没有支撑支架，在高温条件和载荷的共同作用下产生蠕变。由于奥氏体焊接接头和高温蒸汽冷凝物在口腔上发生脆化和热应力应变，促进金属的变形和开裂。

鉴于上述情况，2008年检修期间，全部6个304H热管弯头和直管段全部更换。焊丝为ER308H，焊条为E308H。焊接时使用小热输入，确保地板间温度低于100C，立管加装弹簧支架，立管保温。

6根304H不锈钢管自管道改造以来已正常运行一年多，可见304H不锈钢管裂纹变形的处理措施是比较合理有效的。