Análise de falhas em peças forjadas de tubos – Provedor chinês de soluções de tubulação

folha de tubo é um tipo de acessório perfurado em uma placa de aço redonda. A folha do tubo é ligeiramente maior que o diâmetro externo do tubo e, em seguida, o tubo é inserido e soldado para fixá-lo. É usado principalmente em recipientes químicos, como trocadores de calor tubulares, caldeiras, vasos de pressão, condensadores, sistemas centrais de ar condicionado, evaporadores e usinas de dessalinização de água do mar para apoiar e fixar o tubo. A chapa tubular para vasos de pressão de baixa temperatura é feita de 09MnNiD. Após têmpera e revenido, se o teste de impacto em baixa temperatura for realizado a -70°C, o valor de impacto da amostra é baixo e não atende aos requisitos de KV₂ ≥ 60 J (-70 °C). A fim de descobrir o motivo da baixa resistência ao impacto e melhorar a qualidade do produto, a chapa do tubo foi dissecada e analisada, a razão para o valor do impacto em baixa temperatura das chapas forjadas do tubo 09MnNiD para vasos de pressão foi determinada e medidas de melhoria foram propostas .

1. Análise de teste

1.1 Análise de teste em baixa ampliação

Pegue peças de teste da seção radial e da seção de superfície axial da folha do tubo para o teste de lixiviação com ácido quente e o teste de vedação de enxofre em baixa ampliação. Os resultados podem ser encontrados na Tabela 1.
Os resultados dos testes mostram que a macroestrutura dos corpos de prova é qualificada em diferentes direções e nenhum defeito visível a olho nu é encontrado, mas a segregação da seção radial é severa e atinge o grau de 2,5, conforme mostrado na Fig. 2, o que indica que o forjamento possui boa densidade e pouca uniformidade.

1.2 Análise microestrutural

Amostra de amostras radiais e axiais para análise de inclusão não metálica, análise de estrutura metalográfica e inspeção de tamanho de grão. Os resultados podem ser encontrados na Tabela 2.
Os resultados dos testes mostram que as inclusões não metálicas no aço são qualificadas. A microestrutura das duas amostras consiste em ferrita + perlita granular + uma pequena quantidade de bainita granular, que não é extinta nem normalizada. Pode-se observar que a microestrutura não corresponde à condição de tratamento térmico. Ao mesmo tempo, ambas as amostras apresentam segregação estrutural e fenômenos de solução sólida, que têm efeitos óbvios na plasticidade e tenacidade do aço.

Figura 1 1# Macrossegregação em baixa ampliação
Tabela 1 Resultados do teste

Tabela 2: Resultados dos testes

Tabela 3: Análise da composição química (% em peso)

1.3 Análise de composição química e testes de propriedades mecânicas

A composição química da chapa tubular é analisada e a composição do material atende aos requisitos. Consulte a Tabela 3.
De acordo com os requisitos da norma, as amostras devem ser retiradas de um local a pelo menos 20 mm da borda para a realização de um ensaio de tração e três ensaios de impacto. Os resultados do teste mostram que o valor do impacto de baixa temperatura a -70°C é muito baixo, e o valor médio das três amostras é de 10 J, que está muito abaixo dos 60 J exigidos. Dados mais detalhados podem ser encontrados na Tabela 4.

Figura 2 Macromorfologia da fratura 2# em baixa ampliação

Figura.3 1# Estrutura matricial

Figura.4 1# tamanho de grão

1.4 Análise de fratura

(1) Análise macroscópica da fratura
A fratura ocorre no meio dos dois corpos de prova. A fratura é cristalina e não apresenta defeitos abertos, conforme mostrado na Figura 7 e Figura 8.
(2) Análise de fratura por microscópio eletrônico de varredura
A análise do microscópio eletrônico da fratura 1# mostra que a fratura da matriz é uma clivagem e trinca secundária, e o padrão de fluxo de clivagem grosseira possui várias microarestas, com a característica de que a trinca começa no limite do grão e se propaga rapidamente ao longo dos diferentes planos de clivagem. Ao mesmo tempo, existem inclusões dendríticas não metálicas na fratura, conforme mostrado na Fig. 12 mostrado. O mecanismo de fissuração é uma fratura frágil típica, mas o padrão de clivagem grosseira não corresponde à estrutura de granulação fina.

Figura.5 2# Estrutura matricial

Figura.6 2# tamanho de grão

Figura 7 Macromorfologia da fratura 1# em baixa ampliação

Figura 8 Macromorfologia da fratura 2# em baixa ampliação
A análise SEM da fratura nº 2 mostra que a fratura da matriz é uma clivagem e trinca secundária, e o padrão de fluxo de clivagem também é grosseiro, conforme mostrado na Fig. 15 mostrado. O mecanismo de trinca é uma das trincas frágeis típicas.

2. Discussão e análise

Os resultados dos testes de forjamentos em baixa ampliação mostram que a estrutura é adequada em baixa ampliação, o forjamento tem boa densidade e baixa uniformidade, e a forte macrossegregação causa distribuição desigual da composição química e inclusões, o que afeta a plasticidade e tenacidade do aço reduzido .
Os resultados do exame microscópico mostram que a pureza do aço é qualificada, e as estruturas nas diferentes direções de cada parte são ferrita + perlita granular + uma pequena quantidade de bainita granular. A estrutura em faixas está dentro da faixa permitida e o tamanho do grão é muito fino, e o tamanho do grão visível e a estrutura em faixas são melhores. No entanto, a estrutura da matriz não corresponde ao estado de tratamento térmico, nem uma estrutura extinta nem uma estrutura normal normalizada. A maior parte da estrutura está distribuída ao longo dos grãos e carbonetos granulares na matriz de ferrita. Metais e ligas à base de ferrita exibem fragilidade óbvia em baixas temperaturas, que é influenciada por sua estrutura cristalina.

Figura.9 1# Fratura da base

Figura 10 1# Padrão de ruptura + trinca secundária

Figura.11 1# Prisma de descolamento

Figura 12 1# Inclusão da distribuição de dendritos
Tabela 4. Resultados dos testes

Figura.13 2# Fratura da base

Figura.14 2# Padrão de clivagem

Figura 15 2# Padrão de fissura + fissura secundária
Os resultados da análise química das chapas forjadas mostram que a composição do material atende aos requisitos. Teste de Propriedades Mecânicas – O valor de impacto a 70°C é muito baixo e não atende aos requisitos. A análise macroscópica da fratura revela uma fratura cristalina. A micromorfologia da superfície de fratura consiste em clivagem e fissura secundária. O padrão de fluxo de fissão grosseiro possui diferentes microarestas, com a característica de que a trinca se origina no limite do grão e se propaga rapidamente ao longo de diferentes planos de fissura. O mecanismo de fissuração é uma das fissuras frágeis típicas, indicando que o material desenvolveu severa fragilidade ao frio. Em geral, os fatores que afetam a fragilidade a frio dos materiais incluem principalmente os seguintes aspectos: estrutura cristalina, inclusões, tamanho de grão, microestrutura, etc. O estado estrutural e a uniformidade estrutural afetam diretamente a energia de absorção de impacto e a temperatura de transição ductilidade-fragilidade dos materiais metálicos. Precisamente porque a estrutura dos materiais das folhas de tubos é em grande parte composta por pontos de distribuição intergranulares e carbonetos granulares na matriz de ferrita, os metais e ligas à base de ferrita apresentam fragilidade óbvia em baixas temperaturas. A agregação intergranular de carbonetos enfraquece o limite do grão e afeta diretamente a fragilidade em baixas temperaturas. Como resultado, o valor do impacto em baixa temperatura dos materiais é muito baixo. Ao mesmo tempo, a macrossegregação do forjamento provoca uma distribuição desigual da microestrutura, o que tem impacto negativo no índice de desempenho do material e deve ser controlado.

3. Observações finais

A composição do material da placa tubular atende aos requisitos, a pureza do aço é qualificada, a macroestrutura das peças forjadas é qualificada e a segregação é séria. A estrutura da matriz da placa tubular não corresponde à condição de tratamento térmico. O material da folha do tubo tem forte fragilidade em baixas temperaturas. A microestrutura deficiente é a principal razão para a fragilidade em baixas temperaturas, e a baixa uniformidade da microestrutura é a razão secundária.
No processo de fusão, o teor de impurezas deve ser rigorosamente controlado, o teor de gases nocivos reduzido, a temperatura de fundição adequadamente reduzida, a pureza do lingote melhorada e macrodefeitos como segregação e inclusões não metálicas reduzidos. Ajuste o processo de tratamento térmico, controle a taxa de resfriamento durante a têmpera e melhore a microestrutura e o índice de desempenho do tratamento térmico.

Fonte: Fabricante de chapas de tubos: www.epowermetals.com

(Yang Pipe Industry é um fabricante e fornecedor líder de produtos de liga de níquel e aço inoxidável, incluindo flanges de aço inoxidável super duplex, flanges de aço inoxidável, acessórios para tubos de aço inoxidável e tubos de aço inoxidável. Os produtos Yaang são amplamente utilizados na construção naval, energia nuclear, construção naval, indústrias petrolíferas e químicas, mineração, tratamento de águas residuais, indústrias de gás natural e vasos de pressão e outras indústrias.)

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