Çelik Boru Çatlamasında Sebepler, Senaryolar ve Önlemlerin Analizi

Çelik boru çatlamasının özü, iç gerilimin malzemenin akma mukavemetinden/arızalanma tokluğundan daha büyük olmasıdır. Ayrıca dört ana neden vardır: malzeme kusurları, süreç kusurları, aşırı dış kuvvet ve çevresel korozyon.

Mikroskobik tane çatlamasından mikro-çatlak genişlemesine ve makroskobik çatlaklara kadar beş biçimde meydana gelir: boyuna çatlama, enine çatlama, çevresel çatlama, uç çatlaması ve kaynak çatlaması.

1. Maddi-ilgili nedenler (doğal kusurlar)

1. Hammaddelerdeki kalıntılar/faz ayrımı
Çelik üretimi sırasında kükürt, fosfor, oksijen ve hidrojen içeriğinin standardı aşması durumunda sülfitler ve oksitler birikerek metal tanelerinin sürekliliğini bozar ve çatlak kaynağı haline gelir; karbon eşdeğeri çok yüksekse çelik kırılgan hale gelir, dayanıklılığı zayıflar ve soğukta çatlamaya eğilimli olur.

2. Yetersiz metalografik yapı
İri taneli, bantlı yapısı, Vickers yapısı, sertleşmiş martensitin sert ve kırılgan yapısı, plastisitesinin önemli ölçüde azalması, hafif bir gerilimde bile çatlamaya neden olur.

3. Düzensiz duvar kalınlığı, aşırı eliptiklik
Borunun bir tarafı daha kalın, diğer tarafı ise daha incedir, gerilim ince duvarlı alanda yoğunlaşır- ve çatlaklar tercihen gerilim altında meydana gelir.

4. Hidrojenin- neden olduğu çatlama (en yaygın)
Çelik üretimi sırasında asit yıkama, kaynak, elektrokaplama işlemleri hidrojeni emer, hidrojen atomları kafesin içine nüfuz eder, iç basınç oluşturmak üzere birikir, taneleri çatlatır ve çoğunlukla gecikmeli çatlama olarak kendini gösterir.

2. Üretim süreci nedenleri (-imalat sonrası kusurlar)

1. Uygunsuz sıcak haddeleme/soğuk çekme işlemi

• Aşırı ısıtma/soğutma sıcaklığı: Aşırı ısınma, kaba tanelere ve eksik dövme işlemine yol açar; çok düşük sıcaklık, zayıf plastikliğe ve haddeleme sırasında doğrudan yırtılmaya neden olur.
• Yuvarlanmada aşırı azalma: Tek geçişte aşırı deformasyon malzemenin tolerans sınırını aşarak iç katmanlaşmaya ve mikro{0}}çatlaklara neden olur.
• Soğuk çekmede ara tavlama yapılmaz: Aşırı soğuk iş sertleşmesi, aşırı artık çekme gerilimi ve depolama ve kesme sırasında doğal çatlama.

2. Kaynaklı çelik borulardaki hatalar
Spiral kaynak, düz dikiş kaynağı: Penetrasyon eksikliği, cüruf içermesi, gaz gözenekliliği, alttan kesme, kaynak dikişi, kaynak zayıf bir alandır, gerilim konsantrasyonu doğrudan çatlamaya neden olur; aşırı kaynak ısısı girişi, ısıdan- etkilenen bölgede kırılganlık.

3. Uygun olmayan ısıl işlem
Normalleştirme ve tavlama sırasında çok hızlı soğutma, söndürme gerilimine yol açar; yetersiz temperleme, kalan gerilimin serbest kalmaması ve ardından yavaş çatlama.

4. Kesme, pahlama, pah kırma işlemleri
Testereyle kesme, alevle kesme, termal stres ve sertleşmiş tabaka oluşturur, bu da uçta mikro çatlakların oluşmasına neden olur ve bu çatlaklar daha sonra genişler.

3. Gerilme ve Dış Kuvvet Nedenleri
1. Artık İç Gerilme
Haddeleme, kaynaklama ve soğuk çekme sonrasında iç gerilim azalmamıştır. Çelik borunun içinde kendi çekme gerilimi vardır ve dış kuvvet olmasa bile doğal olarak çatlar.

2. Dış Kuvvetlerden Mekanik Aşırı Yük
Kaldırma ve montaj sırasında sıkıştırma, darbe, bükülme, eşit olmayan kuvvet dağılımı ve çelik borunun tasarım akma dayanımının aşılması.

3. Stres Konsantrasyonu
Boru açma çentiğinde çatlaklar, çukurlara neden olan çizikler, diş işlemeden dolayı keskin köşeler ve et kalınlığında ani değişiklikler meydana gelir. Yerel gerilim birkaç kez artar ve anında çatlamaya yol açar.

4. Ortamın ve Ortamın Korozyon ve Bozulmasının Nedenleri
1. Düşük-sıcaklık kırılganlığı
Düşük-karbonlu ve düşük- alaşımlı çelik borular, son derece düşük sıcaklıklarda darbe dayanıklılığında önemli bir düşüş sergiler. En hafif titreşimler veya darbeler bile gevrek kırılmaya ve çatlamaya neden olabilir.

2. Korozyon çatlaması

• Gerilim korozyonu: Nem, asitler, alkaliler, klorür iyonları + çekme gerilimi, gerilim korozyonu çatlaklarına (SCC) neden olur.
• Taneler arası korozyon: Ortam tanecik sınırlarını aşındırarak kademeli çatlamaya neden olur.
• Hidrojen korozyonu, sülfür korozyonu (petrol sahası ve kömür kimyasal boru hattı sistemlerinde yaygındır).

1. Üretim sırasında çatlama

• Sıcak haddeleme ve delme sırasında:Boru kütüğünün sıcaklığı düşüktür ve çok sayıda kalıntı içerir, bu da delme ucunda doğrudan yırtılmaya neden olur.
• Haddeleme işlemi sırasında:Basınçta aşırı azalma, kılavuz makaraların yanlış ayarlanması, boru duvarının uzunlamasına çatlamasına neden olur.
• Soğuk çekme üretimi sırasında:Kalıpların yetersiz yağlanması, aşırı deformasyon ve tavlanamaması çekme sırasında çatlamalara neden olur.
• Kaynak oluşumu sırasında:Kötü kaynak oluşumu, kaynak akımı ve voltajının uyumsuzluğu, kaynağın anında çatlaması.
• Düzeltme işlemi sırasında:Doğrultma silindirlerine aşırı basınç uygulanması, borunun ezilmesine ve enine çatlakların oluşmasına neden olur.

2. Depolama/taşıma sırasında çatlama

• Soğuk-çekilmiş borular ve kaynaklı borular gerilim giderme işlemine tabi tutulmamıştır ve açık havada depolama sırasındaki ani sıcaklık değişiklikleri termal genleşme ve büzülmeye neden olarak çatlamaya neden olur.
• Taşıma ve kaldırma sırasında uygunsuz bağlama ve makul olmayan dolgu noktaları, yerel sıkışma ve aşınmaya yol açarak çatlamaya neden olur.
• Neme, yağmura, paslanmaya ve korozyona maruz kalma, yüzeyde yavaş yavaş genişleyen mikro{0}çatlaklar.

3.-İşlem sonrası çatlama

• Boru uçlarının alevle kesilmesi ve taşlanması, termal şok uç çatlaklarına neden olur.
• Diş açma, diş açma, kanal açma işlemleri, kesme gerilimi ile keskin köşe gerilimi birleştiğinde çatlamaya yol açar.
• Rastgele kesilen, kaba vuruntu titreşimi mevcut mikro{0}çatlakları güçlendirir.

4. Kurulum ve kullanım sırasında çatlama

• Boruların zorla hizalanması, bağlantı için sert çekme, tesisatta çekme gerilimine neden olur.
• Basınç taşıma, su darbesi darbesi, ani basınç artışı ve azalması için tasarım basıncının- aşılması.
• Düşük sıcaklıklarda, izolasyonsuz dış mekan kullanımı gevrek kırılmaya neden olur.
• Gömülü boruların temel oturması, asılı yükleme, toprak korozyonu.
• Yüksek-sıcaklık koşulları: Uzun-dönemli yüksek-sıcaklık sürünmesi, çatlamaya neden olan tane kayması; Alternatif sıcak ve soğuk çevrimler, termal yorulma çatlaması.

1. Hammaddelerin Kontrolü (Çatlakların Kaynaktan Önlenmesi)

1. Çelik üretim bileşimini kesinlikle kontrol edin: Kükürt ve fosforu azaltın, karbon eşdeğerini kontrol edin, hidrojen içeriğini sıkı bir şekilde kontrol edin, nitelikli kütükler seçin ve hurda çelik ile diğer yabancı maddelerin rastgele karışmasını önleyin.

2. AGelen tüm kütüklerin kusur tespitinden geçmesi gerekir: ultrasonik/indüksiyonlu kusur tespiti, iç kalıntıların, katmanlı ve büzülme kusurlarının giderilmesi.

3. Üniversitekütüklerin ısıtılması: fırının sabit bir hızda adım adım-adım- ısıtılması, yerel aşırı ısınma ve yetersiz ısınmanın önlenmesi ve tek biçimli mikro yapı elde etmek için yeterli bekletme süresinin sağlanması.

2. Haddeleme/Soğuk Çekme İşleminin Ayarlanması
1. Hassas Sıcaklık Kontrolü
Sıcak haddelemede, kırılgan bölgeyi önlemek için başlangıç ​​ve son haddeleme sıcaklıkları sıkı bir şekilde kontrol edilir; düşük-sıcaklıktaki bir ortamda kütüğün ısıtma sıcaklığı uygun şekilde artırılır.

2. Azaltımın Makul Dağılımı
Tek yuvarlanma deformasyon miktarını azaltın, tek seferde aşırı gerilimi önlemek için küçük azaltma ile birden fazla geçiş kullanın; Eşit duvar kalınlığı sağlamak ve eliptiklik gereksinimlerini karşılamak için ruloların ve kılavuzların aralığını optimize edin.

3. Soğuk Çekme İşleminde-çatlama önleme
Soğuk çekmeden önce, iş sertleşmesini ortadan kaldırmak için küreselleştirme tavlaması yapın; kalıpları cilalayın ve sürtünme stresini azaltmak için yeterli yağlama sağlayın; birden fazla çizim geçişi kullanın ve ortasına tavlama işlemlerini ekleyin.

3. Kaynaklı çelik borular için özel-çatlama önleme tedbirleri
1. Eksik nüfuziyeti, alttan kesmeyi ve cüruf oluşumunu önlemek için kaynak akımını, voltajı ve kaynak hızını eşleştirin.
2. Kaynak yapmadan önce ön ısıtma yapın ve kaynaktan sonra yavaşça soğutun. Yüksek-karbonlu çelik/alaşımlı çelik borular, gerilimi azaltmak için kaynak sonrasında temperlenmelidir.
3. Kaynak dikişlerinde sıralı ultrasonik ve X{-ışını hata tespiti yapın ve çatlak çelik boruları derhal çıkarın.

4. Stres giderme için ısıl işlem (anahtar süreç)
1. Soğuk-çekilmiş borular, kalın-duvarlı borular ve alaşımlı borular, haddeleme ve kaynaklamadan kaynaklanan artık gerilimleri ortadan kaldırmak için gerilim giderme tavlamasına/normalleştirmeye tabi tutulmalıdır.
2. Soğutma hızını kontrol edin. Havayla soğutmayı veya hızlı soğutmayı yasaklayın. Yapıların sertleşmesini önlemek için fırın soğutmayı, çukurlarda yavaş soğutmayı kullanın.

5. Son-işleme ve düzeltme kontrolü
1. Aşırı düzeltmenin enine çatlaklara neden olmasını önlemek için düzeltme silindiri basıncına ince-ayar yapın; Düzleştirmeden sonra-yeniden inceleyin.
2. Boru ağzının alevle kesme nedeniyle doğrudan yanmasını önlemek için boru ağzını yuvarlama ve pah kırma için düşük-hızlı işleme kullanın; bunun yerine termal çatlakları azaltmak için mekanik testere kullanın.
3. İşlemden sonra keskin köşeler ve boşlukların neden olduğu gerilim yoğunlaşmasını ortadan kaldırmak için boru ağzında yuvarlak bir geçiş yapın.

6. Çevrimiçi kalite denetimi
Mikro-çatlakları önceden tespit etmek ve çatlak içeren ürünlerin üretim hattından çıkmasını önlemek için tam-süreçli girdap akımı, ultrasonik ve hidrostatik testler gerçekleştirilir.

1. Tip seçimi ve uyumluluk (önce doğru boruyu seçin)
1. Düşük-sıcaklıklı ortam:Düşük{0}sıcaklık etkisine dayanıklı çelik borular seçin (Q355C/D/E gibi) ve sıradan düşük-karbonlu çelik kullanmaktan kaçının.
2. Aşındırıcı ortamlar (asit, alkali, kimyasal, deniz kenarı):Galvanizli boruları, paslanmaz çelik ve-korozyon önleyici alaşımlı boruları seçin. Sıradan karbonlu çelik borular stresli korozyon çatlamasına eğilimlidir.
3. Yüksek-basınç ve yüksek-sıcaklık koşulları:Kalın-duvarlı, dikişsiz çelik boruları seçin. Bunun yerine ince-duvarlı kaynaklı boruları reddedin.

2. Depolama ve Taşıma Notları
1. Asılı kalmayı veya tek-nokta gerilime maruz kalmayı önlemek için bitmiş çelik boruları düz bir şekilde saklayın; Doğrudan sert teması ve sıkışmayı önlemek için katmanlı ahşap destekler kullanın.
2. Yağmura maruz kalma nedeniyle paslanmayı ve ani sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan çatlamayı önlemek için yağmurlu günlerde üzerlerini örtün; asit ve alkali korozyonunun olduğu ortamlardan uzak tutunuz.
3. Taşıma ve kaldırma için esnek kaldırma kayışları kullanın. Çelik tel halatlarla boru ağzına veya gövdesine doğrudan basmayınız. Kaba kullanım ve darbeyi kesinlikle yasaklayın.

3. Kesme ve İkincil İşleme
1. Mümkün olduğunca mekanik soğuk kesmeyi kullanmaya çalışın ve alevle sıcak kesme kullanımını en aza indirin; alevle kesme gerekli olduğunda, kesme sonrasında sertleşmiş tabakayı ve mikro-çatlakları giderin.
2. Diş açma ve kanal açma işleminden sonra, işleme sırasında keskin köşelerdeki gerilim yoğunlaşmasını ortadan kaldırmak için pahlar yapın ve köşeleri yuvarlatın.
3. İşlenen çelik borudaki gerilim yüksekse gerilimi azaltmak için lokal tavlama yapılabilir.

4. Kurulum Yapım Özellikleri

1. Boru hattı montajı zorla hizalanarak veya kuvvetli çekilerek veya itilerek yapılmamalıdır. Kurulum sırasında artık çekme gerilimini önlemek için yeterli termal genleşme payı bırakın.
2. Desteklerin ve yatakların aralığı, boru hattının asılı kalmasını, batmasını veya kuvvet altında bükülmesini önlemek için düzenlemelere uygun olmalıdır.
3. Yüksek-sıcaklıktaki boru hatları için, termal genleşme ve büzülmeyi telafi edecek ve termal stresin çatlaklara neden olmasını önleyecek genleşme derzleri kurulmalıdır.

5. İşletme ve Bakım Koruması
1. Su darbesini ve ani basınç dalgalanmalarını önlemek için, basınç veya yük sınırlarının ötesinde çalıştırmayın.
2. Gevrek çatlamayı önlemek için düşük-sıcaklıktaki boru hatlarını yalıtın ve donmasını önleyin; Kışın boru hatlarına doğrudan etki ve çarpmayı yasaklayın.
3. Topraktaki klorür iyonlarını, asitleri ve alkalileri korozyondan izole etmek için gömülü boru hatlarına korozyon önleyici-kaplamalar ve katodik koruma uygulayın.
4. Düzenli denetimler: Kaynakların, boru açıklıklarının ve dirsek bölümlerinin (gerilmenin en yüksek olduğu ve çatlamanın meydana gelme olasılığının en yüksek olduğu yerler) incelenmesine odaklanın ve boru hattının genişlemesini ve yırtılmasını önlemek için küçük çatlakları derhal kesip değiştirin.

1. Çatlamanın temel nedeni:Malzeme kusurları + artık gerilim + uygunsuz proses + dış kuvvet / düşük sıcaklık / korozyon birleşimi;

2. Çatlamaya eğilimli senaryolar:Üretim haddeleme / kaynak, soğuk çekme sertleştirme, kesme termal şoku, düşük-sıcaklıkta kullanım, aşındırıcı ortam, zorla kurulum;

3. Üretimde çatlamanın önlenmesi:Hammaddelerin kontrolü, sıcaklığın kontrol edilmesi, makul indirgeme,-kaynak sonrası ısıl işlem, gerilim giderme,-hat hata tespiti;

4. Kullanımda çatlamanın önlenmesi:Doğru malzemeyi, hassas depolama ve taşımayı, soğuk kesme işlemini, standartlaştırılmış kurulumu, kontrol basıncını,-korozyon önleyiciyi ve-donmayı önleyiciyi seçin.