Análisis de fallas de tuberías forjadas: proveedor chino de soluciones de tuberías

La placa tubular es un tipo de accesorio perforado sobre una placa de acero redonda. La placa del tubo es ligeramente más grande que el diámetro exterior del tubo y luego se inserta y suelda el tubo para fijarlo. Se utiliza principalmente en contenedores de productos químicos como intercambiadores de calor tubulares, calderas, recipientes a presión, condensadores, sistemas centrales de aire acondicionado, evaporadores y plantas desalinizadoras de agua de mar para soportar y fijar el tubo. La lámina tubular para recipientes a presión de baja temperatura está fabricada en 09MnNiD. Después del templado y revenido, si la prueba de impacto a baja temperatura se lleva a cabo a -70°C, el valor de impacto de la muestra es bajo y no cumple con los requisitos de KV ₂ ≥ 60 J (-70°C). Para descubrir el motivo de la baja resistencia al impacto y mejorar la calidad del producto, se diseccionó y analizó la placa tubular, se determinó el motivo del valor de impacto a baja temperatura de las placas tubulares forjadas 09MnNiD para recipientes a presión y se propusieron medidas de mejora. .

1. Análisis de prueba

1.1 Análisis de prueba con bajo aumento

Tome piezas de prueba de la sección radial y de la sección de superficie axial de la placa del tubo para la prueba de lixiviación con ácido caliente y la prueba de sellado de azufre con bajo aumento. Los resultados se pueden encontrar en la Tabla 1.
Los resultados de las pruebas muestran que la macroestructura de las muestras está calificada en diferentes direcciones y no se encuentran defectos visibles a simple vista, pero la segregación de la sección radial es severa y alcanza el grado de 2,5, como se muestra en la Fig. 2, lo que indica que la forja tiene buena densidad y poca uniformidad.

1.2 Análisis microestructural

Muestras radiales y axiales para análisis de inclusiones no metálicas, análisis de estructuras metalográficas e inspección del tamaño de grano. Los resultados se pueden encontrar en la Tabla 2.
Los resultados de las pruebas muestran que las inclusiones no metálicas en el acero están calificadas. La microestructura de las dos muestras consta de ferrita + perlita granular + una pequeña cantidad de bainita granular, que no está ni templada ni normalizada. Se puede observar que la microestructura no corresponde a la condición del tratamiento térmico. Al mismo tiempo, ambas muestras exhiben fenómenos de segregación estructural y solución sólida, que tienen efectos obvios sobre la plasticidad y tenacidad del acero.

Figura 1 1# Macroseggregación con bajo aumento
Tabla 1 Resultados de la prueba

Tabla 2: Resultados de la prueba

Tabla 3: Análisis de composición química (% en peso)

1.3 Análisis de composición química y ensayos de propiedades mecánicas.

Se analiza la composición química de la lámina tubular y la composición del material cumple con los requisitos. Ver Tabla 3.
Según los requisitos de la norma, se deben tomar muestras de un lugar a al menos 20 mm del borde para realizar un ensayo de tracción y tres ensayos de impacto. Los resultados de la prueba muestran que el valor del impacto a baja temperatura a -70 °C es muy bajo y el valor promedio de las tres muestras es de 10 J, muy por debajo de los 60 J requeridos. Se pueden encontrar datos más detallados en la Tabla 4.

Figura 2 Macromorfología de la fractura 2# a bajo aumento

Figura.3 1# Estructura matricial

Figura 4 Tamaño de grano 1#

1.4 Análisis de fracturas

(1) Análisis macroscópico de la fractura.
La fractura se produce en el medio de los dos ejemplares. La fractura es cristalina y no presenta defectos abiertos, como se muestra en la Figura 7 y Figura 8.
(2) Análisis de fractura mediante microscopio electrónico de barrido.
El análisis con microscopio electrónico de la fractura 1# muestra que la fractura de la matriz es una grieta secundaria y de escisión, y el patrón de flujo de escisión gruesa tiene múltiples microbordes, con la característica de que la grieta comienza en el límite del grano y se propaga rápidamente a lo largo de los diferentes planos de escisión. Al mismo tiempo, en la fractura hay inclusiones dendríticas no metálicas, como se muestra en la Fig. 12. El mecanismo de rotura es una fractura frágil típica, pero el patrón de rotura grueso no se corresponde con la estructura de grano fino.

Figura 5 2# Estructura matricial

Figura 6 Tamaño de grano 2#

Figura 7 Macromorfología de la fractura 1# a bajo aumento

Figura 8 Macromorfología de la fractura 2# a bajo aumento
El análisis SEM de la fractura No. 2 muestra que la fractura de la matriz es una grieta secundaria y de escisión, y el patrón de flujo de escisión también es grueso, como se muestra en la Fig. 15. El mecanismo de agrietamiento es una de las típicas grietas frágiles.

2. Discusión y análisis

Los resultados de las pruebas de piezas forjadas con bajo aumento muestran que la estructura es adecuada con bajo aumento, la forja tiene buena densidad y baja uniformidad, y la fuerte macrosegregación causa una distribución desigual de la composición química y las inclusiones, lo que afecta la plasticidad y tenacidad del acero reducido. .
Los resultados del examen microscópico muestran que la pureza del acero está calificada y las estructuras en diferentes direcciones de cada parte son ferrita + perlita granular + una pequeña cantidad de bainita granular. La estructura de bandas está dentro del rango permitido, el tamaño de grano es muy fino y el tamaño de grano visible y la estructura de bandas son mejores. Sin embargo, la estructura de la matriz no corresponde al estado de tratamiento térmico, ni a una estructura enfriada ni a una estructura normal normalizada. La mayor parte de la estructura se distribuye entre los granos y carburos granulares de la matriz de ferrita. Los metales y aleaciones a base de ferrita presentan una evidente fragilidad a bajas temperaturas, lo que está influenciado por su estructura cristalina.

Figura.9 1# Fractura de la base

Figura 10 1# Patrón de ruptura + grieta secundaria

Figura.11 Prisma de desprendimiento 1#

Figura 12 1# Inclusión de la distribución de dendritas
Tabla 4. Resultados de la prueba

Figura.13 2# Fractura de la base

Figura 14 Patrón de escisión 2#

Figura 15 2# Patrón de grieta + grieta secundaria
Los resultados del análisis químico de chapas forjadas muestran que la composición del material cumple con los requisitos. Prueba de propiedades mecánicas: el valor de impacto a 70°C es muy bajo y no cumple con los requisitos. El análisis macroscópico de la fractura revela una fractura cristalina. La micromorfología de la superficie de fractura consiste en escisión y agrietamiento secundario. El patrón de flujo de fisión gruesa tiene diferentes microbordes, con la característica de que la grieta se origina en el límite del grano y se propaga rápidamente a lo largo de diferentes planos de grieta. El mecanismo de agrietamiento es uno de los típicos de grietas frágiles, lo que indica que el material ha desarrollado una fragilidad severa en frío. En general, los factores que afectan la fragilidad en frío de los materiales incluyen principalmente los siguientes aspectos: estructura cristalina, inclusiones, tamaño de grano, microestructura, etc. El estado estructural y la uniformidad estructural afectan directamente la energía de absorción de impacto y la temperatura de transición ductilidad-frágil de los materiales metálicos. Precisamente porque la estructura de los materiales de las placas tubulares se compone en gran medida de puntos de distribución intergranulares y carburos granulares en la matriz de ferrita, los metales y aleaciones a base de ferrita exhiben una fragilidad evidente a bajas temperaturas. La agregación intergranular de carburos debilita la frontera del grano y afecta directamente la fragilidad a bajas temperaturas. Como resultado, el valor de impacto de los materiales a baja temperatura es muy bajo. Al mismo tiempo, la macrosegregación de la forja provoca una distribución desigual de la microestructura, lo que repercute negativamente en el índice de rendimiento del material y debe controlarse.

3. Observaciones finales

La composición del material de la placa tubular cumple con los requisitos, se califica la pureza del acero, se califica la macroestructura de las piezas forjadas y la segregación es grave. La estructura de la matriz de placa tubular no coincide con las condiciones del tratamiento térmico. El material de la placa tubular es muy frágil a bajas temperaturas. La mala microestructura es la razón principal de la fragilidad a bajas temperaturas, y la mala uniformidad de la microestructura es la razón secundaria.
En el proceso de fusión, se debe controlar estrictamente el contenido de impurezas, reducir el contenido de gases nocivos, reducir adecuadamente la temperatura de fundición, mejorar la pureza del lingote y reducir los macrodefectos como la segregación y las inclusiones no metálicas. Ajuste el proceso de tratamiento térmico, controle la velocidad de enfriamiento durante el enfriamiento y mejore la microestructura y el índice de rendimiento del tratamiento térmico.

Fuente: Fabricante de láminas tubulares : www.epowermetals.com

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