管件特別是三通、彎頭及大小頭等在管道工程建設(shè)過(guò)程中使用越來(lái)越普遍，這主要是由于其具有成形好、耐壓能力強(qiáng)、焊接形式簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，以保證管道的承壓能力，所以在工藝管道工程中特別是在石油化工等高溫高壓及易燃易爆管道中，管件的合理使用以及管件本身質(zhì)量的好壞直接起著舉足輕重的作用。 正固如此，在管道設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中特別是在石油化工行業(yè)高溫高壓及易燃易爆管道工程中，無(wú)論從設(shè)計(jì)選型還是加工制造，直到建設(shè)安裝及檢驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì) 制造和安裝單位人員要嚴(yán)格把關(guān)，保證其選型、用材、制造、安裝及檢驗(yàn)的質(zhì)量，否則在裝置建設(shè)及生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)造成難姒估量的損。 失從施工過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)管件到貨的質(zhì)量主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題 1 管件的壁厚不均管件壁厚不均主要發(fā)生在管件變形最大的部位．如彎頭背部的壁厚薄于其他部位；管口與管件體的壁厚不等。國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定．管件的壁厚減薄量最大不得超過(guò)其名義厚度的1 2、5 ，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，有些壁厚減薄量達(dá)到了2o ～30 。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的檢查，用一般的卡尺等測(cè)量工具往往難以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)只有使用超聲測(cè)厚儀才可測(cè)出。 2 硬度超標(biāo)硬度超標(biāo)問(wèn)題的產(chǎn)生，主要是由于成形后的熱處理工藝問(wèn)題 其解決的方法是用正確的熱處理工藝再進(jìn)行一次熱處理．此問(wèn)題一般都可以解決 3 材料及加工過(guò)程中所產(chǎn)生的缺陷此類(lèi)問(wèn)題對(duì)裝置的安全危害最大．檢查起來(lái)又比較麻煩。產(chǎn)生缺陷的因素比較多也比較復(fù)雜，它既有材料本身的缺陷又有加工制造工藝問(wèn)題以及熱處理工藝的不正確所造成的缺陷。那么它們?yōu)楹萎a(chǎn)生安全上的危害，如何避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生呢?現(xiàn)以三通為例對(duì)此逐一做一分析。 3．1 原材料的問(wèn)題我們知道，對(duì)于承受高溫高壓及易燃易爆介質(zhì)的管件來(lái)說(shuō)．原材料的質(zhì)量如何，直接影響到管件的質(zhì)量 用于制造此類(lèi)管件的管材，對(duì)于碳鋼管來(lái)說(shuō)，多數(shù)采用GB531 0— 85《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》、GB6479—86《化肥設(shè)備用高壓無(wú)縫鋼管》 GB9448— 88《石油裂化用無(wú)縫鋼管》以及GB81 63—87{輸送流體用無(wú)縫鋼管》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料。對(duì)于這類(lèi)鋼管，鋼廠應(yīng)對(duì)其逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)。對(duì)于大中型鋼來(lái)說(shuō)，往往用渦流或超聲渡探傷(uT)代替水壓驗(yàn)，如嚴(yán)格按國(guó)家及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)，管材的質(zhì)量還是可以保障的。但有時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)漏檢、誤檢，更有甚者由于管材進(jìn)貨渠道混雜，有些根本未經(jīng)檢驗(yàn)的原材料進(jìn)入到了流通領(lǐng)域，因此，對(duì)于到貨后的管材特別是非批量從鋼管廠直接購(gòu)進(jìn)的材料．除應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面復(fù)檢外，還應(yīng)增加復(fù)檢的比率，甚至逐根檢查 但是．從我們接觸過(guò)的多家具有規(guī)模的管件制造廣的調(diào)查來(lái)看，許多制造廠對(duì)購(gòu)進(jìn)的管材的復(fù)檢把關(guān)不嚴(yán)，盲目信從材料的出廠質(zhì)量證明書(shū)(值得注意的是，有些出廠質(zhì)量證明書(shū)的真?zhèn)尉痛嬖趩?wèn)題)，而僅雙墩管材的外觀檢查 用這些不合格管材制成的管件，其質(zhì)量難以得到保證。加之目前許多制造廠的檢驗(yàn)手段既不先進(jìn)又不太完善 因此有些不合格的管件就很容易作為合格產(chǎn)品出廠，如在天津石化公司煉油廠加氫精制裝置中就遇到此類(lèi)問(wèn)題。在管線安裝完畢后打壓的過(guò)程中，有～ 件機(jī)14mm×7ram 的三通，在壓力升至llMPa時(shí)固頸部開(kāi)裂而泄漏，泄漏部位如圖l所示。圖1 泄漏部位示意圖經(jīng)測(cè)量其為一貫穿性裂紋，裂紋長(zhǎng)度為21mm．我們對(duì)此裂紋做了以下幾種分析： a)化學(xué)成分通過(guò)化學(xué)成分分析及仲裁復(fù)驗(yàn)，確定了其中的碳元素含量和錳元素含量偏高(c 0．26 ；Mn：1．27 ，選用材質(zhì)為2O號(hào)碳鋼)； b)力學(xué)性能正常2O號(hào)鋼管的 為410～ 550MPa，而實(shí)測(cè)實(shí)物的 =570MPa； 12)金相組織通過(guò)對(duì)三通斷口和直管部分正常部位的觀察，發(fā)現(xiàn)其珠光體的比例明顯高于正常的20號(hào)鋼，這與其含碳量較高有關(guān)。而且其含碳和錳量過(guò)高，勢(shì)必對(duì)三通的加工性能產(chǎn)生影響。三通材質(zhì)的金相組織見(jiàn)圖2。三通內(nèi)外壁表面金相見(jiàn)圖3 3．2 加工工藝問(wèn)題目前國(guó)內(nèi)制造廠商的加工成形一般都采用下面幾種方式： (1)冷沖壓成形； (2)熱沖壓成形； (a) 4ram管正常部位(軋向)F—P (h)~1]4mm 管正常部位(橫向 P (e)~61mm 管裂紋斷VI處(橫向JF P (d)圖2(c)的放大F P 圖2 三通材質(zhì)的金相組織 (3)油壓成形施工中常見(jiàn)的管件質(zhì)量間題及解決方法 (a）內(nèi)壁表面F P (b) 外壁表面F P 圖3 三通內(nèi)外壁表面金相組織對(duì)于直徑較大、壁厚較厚的三通來(lái)說(shuō)，多采用后面兩種成形方法，而這兩種方法的成形時(shí)間一般需要1～2分鐘，甚至有的可達(dá)3分鐘。在這幾分鐘當(dāng)中，如何保持溫度的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于管件的質(zhì)量來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵問(wèn)題，如溫度差異過(guò)大，會(huì)造成鋼纖維組織流動(dòng)不均衡，尤其對(duì)于變形較大的部位．因其產(chǎn)生較大的塑性變形，如溫度過(guò)低會(huì)造成冷做硬化現(xiàn)象而產(chǎn)生脆性破壞。這一現(xiàn)象可通過(guò)對(duì)前述三通開(kāi)裂的 下實(shí)驗(yàn)分析予以證實(shí)解剖后的內(nèi)外壁裂紋形貌見(jiàn)圖4。斷口宏觀形貌見(jiàn)圖5。從金相組織看，三通管有明顯的帶狀組織，其斷El處(橫向)的帶狀組織比正常部位的帶狀組織更明顯，這表明該部位經(jīng)歷了較大的塑性變形對(duì)斷口(橫向)處高倍觀察，珠光體形貌特征正常，未觀察到碳化物的聚集和球化，這表明了三通在擠壓成形中的溫度較低。從圖3可見(jiàn)，三通外壁表面淺層(約0．4～0．7ram)帶狀組織不明顯，而內(nèi)壁帶狀組織十分突出。這表明了三通外壁溫差較大．溫度較高而冷卻速度較快。從三通實(shí)物宏觀圖中可見(jiàn)，在三通擠壓成形時(shí)應(yīng)變最大部位(即三通的根部)附近有缺陷(裂源)，成形后內(nèi)表面裂紋長(zhǎng)度達(dá)40ram 左右．整個(gè)裂紋表面被較厚的氧化皮覆蓋。從表層的顏色來(lái)看(淡黃、紅紫、灰藍(lán)、黑褐色等)應(yīng)為Fe3O 。 (a)外壁裂紋形貌 (b)內(nèi)壁裂紋形貌圖4 內(nèi)外壁裂紋形貌圖5 裂紋斷口宏觀形貌由斷El全貌(圖5和圖6)可見(jiàn)，斷H被氧化皮覆蓋，氧化皮長(zhǎng)約45mm，幾乎貫穿管壁，且裂紋層附近氧化物的顏色和管壁內(nèi)表面氧化物顏色基本一致，說(shuō)明裂紋源和內(nèi)壁表面氧化物是在相同條件下形成的。此外，氧化物與基體結(jié)合緊固，即使經(jīng)鹽酸溶液清洗也難 去除，斷口氧化物內(nèi)側(cè)邊緣與內(nèi)表面氧化物相連接，可表明氧化物是在同一環(huán)境下形成的。以上大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明．此三通在熱擠壓成形時(shí)由于加工工藝的缺陷導(dǎo)致了表面缺陷處(裂紋源)的應(yīng)力集中，使裂紋擴(kuò)展直至接近貫穿且裂紋斷El平滑，具有瞬時(shí)性斷裂斷El特征 裂紋擴(kuò)展走向和擠壓三通時(shí)變形的行跡一致。這些都說(shuō)明了裂紋是在i通擠壓過(guò)程中形成的圖6 裂紋低倍斷口形貌 3．3 成形后的熱處理三通成形后的最終熱處理能顯著地提高鋼的機(jī)械性能．特別是對(duì)于加工方法不太先進(jìn)的三通制造廠來(lái)說(shuō)，選擇正確的熱處理制度和工藝尤其重要。在GB12459—90“鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件”中規(guī)定r冷成形的碳鋼管件要進(jìn)行正火或退火熱處理。那么究竟選擇哪一種熱處理，尤其選擇哪種退火制度為好，標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)選擇或說(shuō)明，這要根據(jù)制造工藝來(lái)決定。筆者認(rèn)為，無(wú)論選擇哪一種熱處理制度其目的就是提高管件的機(jī)械性能，增加其強(qiáng)度。管件在冷擠壓成形過(guò)程中，鋼的組織會(huì)因其較大的塑性變形而產(chǎn)生很大的變化，如；帶狀組織明顯、晶粒粗大、晶界錯(cuò)位、界面滑移等等。這些組織上的變化對(duì)于鋼的切削加工及使用性能都有很大的影響。要想克服這些不利的變化就應(yīng)通過(guò)熱處理徹底改變這些變化了的組織結(jié)構(gòu)，使其晶粒細(xì)化，組織均勻。要達(dá)到這一目的，就必須使用正火或退火中的完全退火工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。許多管件制造廠商并未完全認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)．出于某種考慮，他們只對(duì)成形后的管件進(jìn)行了旨在消除應(yīng)力的退火熱處理，而這種退火并未從根本上改變管件的金相組織和性能，也就難以保證管件的質(zhì)量。 4 管件出廠前及到貨后的檢驗(yàn)對(duì)于作為確保管件質(zhì)量的最后一道工序，檢驗(yàn)扮演著重要的角色，尤其對(duì)于承受高溫高壓及易燃劇毒介質(zhì)的管件來(lái)說(shuō)，檢驗(yàn)過(guò)程尤為重要。目前，管件出廠前多進(jìn)行外觀尺寸、硬度、厚度及磁粉探傷(MT)、超聲波探傷(uT)的檢查，從對(duì)到貨的管件進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)看，問(wèn)題出現(xiàn)最多的就是磁粉探傷和超聲波探傷的檢驗(yàn)。對(duì)于磁粉探傷來(lái)說(shuō)，制造廠多使用磁軛法(碳鋼管件)。但因受設(shè)備限制，這種方法大多局限于管件的外表面，而問(wèn)題出現(xiàn)最多的恰恰是在管件的內(nèi)壁，對(duì)于這一部分往往出現(xiàn)的裂紋尤其是小直徑管件內(nèi)壁的裂紋，應(yīng)采用磁棒法或渦流法來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)超聲波探傷檢驗(yàn)是一項(xiàng)對(duì)設(shè)備及技術(shù)有很高要求的檢驗(yàn)項(xiàng)目，這是因?yàn)椋?1)它要求操作者應(yīng)有較高的技術(shù)及豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)檢查出的缺陷應(yīng)給予是屬于裂紋還是其他欹陷的判定，做到不漏檢、不誤判。 2)它對(duì)檢測(cè)設(shè)備特別是對(duì)探頭要求比較高，對(duì)于許多變形較大的部位(如三通的兩個(gè)肩部)及直徑在DNS0mm 以下的管件，多數(shù)檢驗(yàn)人員所常用的國(guó)產(chǎn)直探頭來(lái)檢驗(yàn)就容易出現(xiàn)漏檢，甚至無(wú)法檢驗(yàn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對(duì)于以上的這些難點(diǎn)，采用直徑在10mm 以下的雙晶探頭，用橫渡斜入法，效果較好通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)及分析，我們掌握了一些管件破壞的原因及避免方法。其目的就是要讓優(yōu)質(zhì)的管件用于工程建設(shè)中，以滿(mǎn)足石油化工工程建設(shè)的需要。