Лучшие практики по предотвращению хрупкого разрушения труб, фланцев и фитингов из углеродистой стали

boykpc/iStock/Getty Images

Примечание редактора: эта статья является продолжением статей «Причины и способы устранения неисправностей пластичных компонентов катушки» и «ASME рассматривает требования к испытаниям труб, фитингов и фланцев».

Традиционные сплавы играют стандартную роль в производстве металлов, будь то нержавеющая сталь для медицинских приборов или морская продукция; любое из поколений высокопроизводительных сталей, разработанных за последние пару десятилетий для автомобильной промышленности; или металлы, такие как алюминий и титан, которые имеют высокое соотношение прочности к весу и высокую коррозионную стойкость, что делает их особенно подходящими для применения в аэрокосмической, нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

То же самое происходит с некоторыми сплавами углеродистой стали, особенно с теми, которые содержат определенное количество углерода и марганца. Некоторые из них, в зависимости от количества легирующих элементов, хорошо подходят для изготовления фланцев, фитингов и труб для химических и нефтеперерабатывающих заводов. Все они имеют одну общую характеристику: материалы, используемые в этих приложениях, должны быть достаточно пластичными, чтобы противостоять хрупкому разрушению и коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC).

Организации по стандартизации, такие как Американское общество инженеров-технологов (ASME) и ASTM Intl. (ранее известное как Американское общество испытаний и материалов) предоставляет рекомендации по этому вопросу. В двух соответствующих отраслевых нормах — ASME Котлы и сосуды под давлением (BPVD), Раздел VIII, Раздел 1 и ASME B31.3, Технологические трубопроводы — учитываются углеродистые стали (любые черные материалы, содержащие от 0,29% до 0,54% углерода и от 0,60% до 1,65% марганца). быть достаточно пластичным для эксплуатации в жарком климате, мягких зонах и регионах, в которых температура опускается до -20 градусов по Фаренгейту. Однако недавние неудачи при температуре окружающей среды привели к более тщательному изучению количества и соотношений различных используемых микросвязывающих элементов. при изготовлении таких фланцев, фитингов и труб.

До недавнего времени ни ASME, ни ASTM не требовали испытаний на удар для подтверждения пластичного поведения многих изделий из углеродистой стали, используемых при температурах до -20 градусов по Фаренгейту. Решения об освобождении некоторых изделий от испытаний были основаны на исторических свойствах материалов. Например, изделия из углеродистой стали, такие как фланцы A105, фитинги A234-WPB и трубы из углеродистой стали A106 класса B с толщиной стенки ½ дюйма (25 мм) или менее, при использовании при минимальной расчетной температуре металла (MDMT) -20 градусов по Фаренгейту, были освобождены от испытаний на удар из-за их традиционной роли в таких приложениях.

Однако историческое признание и традиционное применение не обязательно сохранятся навсегда. Некоторые материалы, подпадающие под кривую B пересмотренного стандарта ASME VIII-1, UCS-66 от 2017 года (см. рисунок 1), имеют недавнюю документированную историю отказов из-за хрупкого разрушения при температурах выше -20 градусов по Фаренгейту, и во многих случаях при теплых температурах. Поэтому считается, что они подвержены риску хрупкого разрушения при температуре окружающей среды, главным образом во время запуска, остановки, гидростатических испытаний и быстрой разгерметизации (автоохлаждения).

Практика целенаправленного добавления микроэлементов при производстве среднеуглеродистых сталей, содержащих от 0,18% до 0,23% углерода, возможно, направлена ​​на снижение температуры термообработки и времени обработки. Использование этого метода в течение последних нескольких десятилетий привело к непредвиденным последствиям: хрупкому растрескиванию фланцев класса A105, фитингов A234-WPB и труб из углеродистой стали A106-B. Известно, что это явление происходит при температуре окружающей среды.

Эта проблема становится острой, когда материалы, склонные к SCC, используются в определенных условиях эксплуатации. Согласно Национальной ассоциации инженеров по коррозии (NACE) MR0103, неправильное проектирование, обработка (резка, изгиб, сварка), установка или обращение могут привести к тому, что устойчивые материалы станут восприимчивыми к SCC. Концентрация напряжений в локальных надрезах, таких как коррозионные язвы, делает сварные швы уязвимыми для SCC. Также известно, что остаточные растягивающие напряжения от сварки вызывают растрескивание без внешних напряжений. Особенно уязвимы сварные швы, которые не были сняты напряжения, и компоненты, прошедшие холодную обработку. Несоответствие техническим требованиям, предъявляемым к термообработке, механическим или химическим свойствам, может быть подтверждено только металлургическим исследованием. Дефекты обработанных поверхностей приварных фланцев можно обнаружить только путем объемного неразрушающего контроля.