Análisis de causas, escenarios y medidas de prevención del agrietamiento de tuberías de acero.

La esencia del agrietamiento de tuberías de acero es que la tensión interna es mayor que el límite elástico/tenacidad de falla del material. Además, existen cuatro causas principales: defectos de materiales, defectos de proceso, fuerza externa excesiva y corrosión ambiental.

Desde el agrietamiento microscópico del grano hasta la expansión de las micro-fisuras y las grietas macroscópicas, se presenta en cinco formas: agrietamiento longitudinal, agrietamiento transversal, agrietamiento circunferencial, agrietamiento de los extremos y agrietamiento de la soldadura.

1. Razones materiales-relacionadas (defectos inherentes)

1. Inclusiones/segregación de fases en materias primas
Durante la producción de acero, si el contenido de azufre, fósforo, oxígeno e hidrógeno excede el estándar, se acumularán sulfuros y óxidos, interrumpiendo la continuidad de los granos metálicos y convirtiéndose en fuentes de grietas; Si el equivalente de carbono es demasiado alto, el acero se vuelve quebradizo, tiene poca tenacidad y es propenso a agrietarse en frío.

2. Estructura metalográfica insuficiente
Granos gruesos, estructura en bandas, estructura Vickers, martensita endurecida, estructura dura y quebradiza, plasticidad significativamente reducida, incluso una tensión leve provocará grietas.

3. Espesor de pared desigual, elipticidad excesiva
Un lado de la tubería es más grueso y el otro es más delgado, la tensión se concentra en el área de pared delgada-y las grietas se producen preferentemente bajo tensión.

4. Cracking-inducido por hidrógeno (el más común)
Durante la producción de acero, los procesos de lavado con ácido, soldadura y galvanoplastia absorben hidrógeno, los átomos de hidrógeno penetran en la red, se acumulan para formar presión interna, agrietan los granos y, en su mayoría, se manifiestan como un agrietamiento retardado.

2. Razones del proceso de producción (defectos post-fabricación)

1. Proceso inadecuado de laminación en caliente/estirado en frío

• Temperatura excesiva de calefacción/enfriamiento: El sobrecalentamiento produce granos gruesos y una forja incompleta; Una temperatura demasiado baja da como resultado una plasticidad deficiente y un desgarro directo durante el laminado.
• Reducción excesiva del rodamiento.: La deformación excesiva por pasada supera el límite de tolerancia del material, lo que provoca capas internas y micro-fisuras.
• Sin recocido intermedio en estirado en frío.: Endurecimiento severo por trabajo en frío, tensión de tracción residual excesiva y agrietamiento natural durante el almacenamiento y el corte.

2. Defectos en tuberías de acero soldadas.
Soldadura en espiral, soldadura con costura recta: falta de penetración, inclusión de escoria, porosidad de gas, socavado, cordón de soldadura, la soldadura es un área débil, la concentración de tensiones provoca grietas directas; Aporte excesivo de calor de soldadura, fragilidad en la zona-afectada por el calor.

3. Tratamiento térmico inadecuado
Un enfriamiento demasiado rápido durante la normalización y el recocido conduce a tensiones de enfriamiento; Revenido insuficiente, tensión residual no liberada y posterior agrietamiento lento.

4. Procesamiento de corte, biselado y biselado.
El aserrado y el oxicorte generan tensiones térmicas y endurecen la capa, lo que provoca microfisuras en el extremo, que posteriormente se expanden.

3. Causas del estrés y las fuerzas externas
1. Estrés interno residual
Después del laminado, soldadura y estirado en frío, la tensión interna no se ha aliviado. La tubería de acero tiene su propia tensión de tracción en el interior y, naturalmente, se agrietará incluso sin fuerza externa.

2. Sobrecarga mecánica por fuerzas externas
Compresión, impacto, flexión, distribución desigual de la fuerza durante el levantamiento y la instalación y exceso del límite elástico de diseño de la tubería de acero.

3. Concentración de estrés
Se producen grietas en la muesca de la abertura de la tubería, rayones que provocan picaduras, esquinas afiladas debido al procesamiento de roscas y cambios repentinos en el espesor de la pared. La tensión local aumenta varias veces, provocando un agrietamiento inmediato.

4. Causas de corrosión y deterioro del medio ambiente y del medio.
1. Fragilización por baja-temperatura
Las tuberías de acero con bajo-carbono y baja-aleación exhiben una caída significativa en la tenacidad al impacto a temperaturas extremadamente bajas. Incluso vibraciones o impactos leves pueden provocar fracturas y grietas por fragilidad.

2. Grietas por corrosión

• Corrosión por tensión: humedad, ácidos, álcalis, iones de cloruro + tensión de tracción, lo que produce grietas por corrosión bajo tensión (SCC).
• Corrosión intergranular: el medio erosiona los límites de los granos, provocando un agrietamiento gradual.
• Corrosión por hidrógeno, corrosión por sulfuro (común en sistemas de tuberías de productos químicos de carbón y yacimientos petrolíferos).

1. Agrietamiento durante la producción

• Durante el laminado en caliente y el perforado:El tocho del tubo tiene una temperatura baja y contiene muchas inclusiones, lo que provoca un desgarro directo en la punta del piercing.
• Durante el proceso de laminación:Reducción excesiva de la presión, ajuste inadecuado de los rodillos guía, provocando grietas longitudinales en la pared de la tubería.
• Durante la producción de estirado en frío:Mala lubricación de los moldes, deformación excesiva y falta de recocido, lo que provoca grietas durante el embutido.
• Durante la formación de soldadura:Mala formación de la soldadura, desajuste entre la corriente y el voltaje de soldadura, agrietamiento inmediato de la soldadura.
• Durante el proceso de alisado:Excesiva presión sobre los rodillos enderezadores, provocando el aplastamiento de la tubería y generando grietas transversales.

2. Agrietamiento durante el almacenamiento/transporte

• Las tuberías-estiradas en frío y las tuberías soldadas no se han sometido a alivio de tensión, y los cambios repentinos de temperatura durante el almacenamiento al aire libre provocan expansión y contracción térmica, lo que provoca grietas.
• Una unión inadecuada durante el transporte y el levantamiento, y puntos de acolchado irrazonables, provocan compresión y abrasión local, provocando grietas.
• La exposición a la humedad, la lluvia, la oxidación y la corrosión, expandiendo gradualmente las micro-fisuras en la superficie.

3. Crackeo posterior-al procesamiento

• Corte con soplete y rectificado de extremos de tuberías; el choque térmico provoca grietas en los extremos.
• El corte de roscas, el roscado, el procesamiento de ranuras y la tensión de corte combinada con la tensión de las esquinas afiladas provocan grietas.
• Las vibraciones, truncadas aleatoriamente y con golpes bruscos, amplifican las microfisuras existentes.

4. Grietas durante la instalación y el uso.

• Alineación forzada de tuberías, tirando con fuerza para la conexión, lo que resulta en tensión de tracción en la instalación.
• Exceder la presión de diseño para el soporte de presión-, impacto de golpe de ariete, aumento y disminución repentinos de la presión.
• Uso en exteriores con bajas temperaturas, sin aislamiento, provocando rotura frágil.
• Asentamiento de cimentaciones de tuberías enterradas, cargas suspendidas, corrosión del suelo.
• Condiciones de alta-temperatura:-alta temperatura-a largo plazo, deslizamiento del grano que provoca grietas; alternancia de ciclos de frío y calor, agrietamiento por fatiga térmica.

1. Control de Materias Primas (Prevención de Grietas desde la Fuente)

1. Controlar estrictamente la composición siderúrgica.: reducir el azufre y el fósforo, controlar el carbono equivalente, controlar estrictamente el contenido de hidrógeno, seleccionar palanquillas calificadas y evitar la mezcla aleatoria de chatarra de acero y otras impurezas.

2. ATodas las palanquillas entrantes deben someterse a una detección de defectos.: detección de defectos por ultrasonido/inducción, eliminación de inclusiones internas, defectos en capas y contracción.

3. universidadcalentamiento de palanquillas: calentamiento en horno-paso-paso a velocidad constante, evitando el sobrecalentamiento y el subcalentamiento local y garantizando un tiempo de mantenimiento suficiente para lograr una microestructura uniforme.

2. Ajuste del proceso de laminación/estirado en frío
1. Control preciso de la temperatura
Para el laminado en caliente, las temperaturas de laminado inicial y final se controlan estrictamente para evitar la zona frágil; en un entorno de baja-temperatura, la temperatura de calentamiento del tocho aumenta adecuadamente.

2. Distribución Razonable de la Reducción
Reduzca la cantidad de deformación de rodadura única, use múltiples pasadas con una pequeña reducción para evitar una tensión excesiva de una sola vez; Optimice el espaciado de rodillos y guías para garantizar un espesor de pared uniforme y cumplir con los requisitos de elipticidad.

3. Anti-fisuras en el proceso de estirado en frío
Antes del estirado en frío, realice un recocido por esferoidización para eliminar el endurecimiento por trabajo; pulir los moldes y proporcionar suficiente lubricación para reducir el estrés por fricción; utilice múltiples pasadas de dibujo y agregue procesos de recocido en el medio.

3. Medidas especiales anti-fisuras para tubos de acero soldados
1. Haga coincidir la corriente de soldadura, el voltaje y la velocidad de soldadura para evitar una penetración incompleta, socavado e inclusión de escoria.
2. Precaliente antes de soldar y enfríe lentamente después de soldar. Las tuberías de acero con alto contenido de carbono o de aleación de carbono se deben templar después de soldarlas para aliviar la tensión.
3. Realice-detección de fallas por ultrasonidos y rayos X-en línea en las uniones de soldadura y elimine inmediatamente las tuberías de acero agrietadas.

4. Tratamiento térmico para aliviar el estrés (proceso clave)
1. Las tuberías-estiradas en frío, las tuberías-de paredes gruesas y las tuberías de aleación deben someterse a un recocido/normalización de alivio de tensión para liberar las tensiones residuales del laminado y la soldadura.
2. Controle la velocidad de enfriamiento. Prohibir el enfriamiento por aire o el enfriamiento rápido. Utilice enfriamiento en horno, enfriamiento lento en fosas para evitar el endurecimiento de las estructuras.

5. Control post-procesamiento y alisado
1. Ajuste-la presión del rodillo enderezador para evitar que un enderezamiento excesivo provoque grietas transversales; vuelva a-inspeccionar después de alisarlo.
2. Utilice un procesamiento de baja-velocidad para redondear y biselar la boca de la tubería para evitar quemar directamente la boca de la tubería mediante corte con llama; en su lugar, utilice aserrado mecánico para reducir las grietas térmicas.
3. Realice una transición redondeada en la boca de la tubería después del procesamiento para eliminar la concentración de tensión causada por esquinas afiladas y espacios.

6. Inspección de calidad en línea
Se realizan-pruebas hidrostáticas, ultrasónicas y de corrientes parásitas del proceso completo para detectar micro-fisuras con anticipación y evitar que los productos con grietas salgan de la línea de producción.

1. Selección de tipo y compatibilidad (seleccione primero la tubería correcta)
1. Entorno de baja-temperatura:Seleccione tuberías de acero resistentes al impacto de baja-temperatura (como Q355C/D/E) y evite el uso de acero ordinario con bajo contenido de-carbono.
2. Medios corrosivos (ácidos, alcalinos, químicos, costeros):Seleccione tuberías galvanizadas, de acero inoxidable o de aleaciones anticorrosión. Las tuberías de acero al carbono comunes son propensas a sufrir grietas por corrosión bajo tensión.
3. Condiciones de alta-presión y alta-temperatura:Seleccione tubos de acero sin costura-de paredes gruesas. Rechace los tubos soldados de paredes delgadas-como sustitutos.

2. Notas de almacenamiento y transporte
1. Guarde los tubos de acero terminados en posición plana para evitar que queden suspendidos o sujetos a tensiones en un solo-punto; Utilice soportes de madera en capas para evitar el contacto duro directo y el aplastamiento.
2. Cúbrelos durante los días de lluvia para evitar la oxidación por exposición a la lluvia y el agrietamiento causado por cambios bruscos de temperatura; manténgalos alejados de ambientes con corrosión ácida y alcalina.
3. Utilice correas de elevación flexibles para transportar y levantar. No presione directamente la boca o el cuerpo de la tubería con cables de acero. Prohibir estrictamente el manejo brusco y el impacto.

3. Corte y procesamiento secundario
1. Intente utilizar corte en frío mecánico tanto como sea posible y minimice el uso de corte en caliente con llama; cuando sea necesario oxicorte, retire la capa endurecida y las micro-grietas después del corte.
2. Después de roscar y ranurar, haga chaflanes y esquinas redondeadas para eliminar la concentración de tensión en las esquinas afiladas durante el procesamiento.
3. Si la tensión en la tubería de acero procesada es alta, se puede realizar un recocido local para aliviar la tensión.

4. Especificaciones de construcción de la instalación

1. La instalación de la tubería no debe realizarse alineando o tirando o empujando con fuerza. Deje suficiente margen de expansión térmica para evitar tensiones de tracción residuales durante la instalación.
2. El espaciamiento de soportes y cojinetes deberá cumplir con la normativa para evitar que la tubería quede suspendida, se hunda o se doble ante la fuerza.
3. Para tuberías de alta-temperatura, se deben instalar juntas de expansión para compensar la expansión y contracción térmica, evitando que el estrés térmico cause grietas.

5. Protección de operación y mantenimiento
1. No opere más allá de los límites de presión o carga para evitar golpes de ariete y fluctuaciones repentinas de presión.
2. Aislar y evitar la congelación de tuberías de baja-temperatura para evitar grietas por fragilidad; prohibir el impacto directo y los golpes en las tuberías en invierno.
3. Aplicar revestimientos anticorrosión y protección catódica a tuberías enterradas para aislar de la corrosión los iones de cloruro, ácidos y álcalis del suelo.
4. Inspecciones periódicas: concéntrese en inspeccionar soldaduras, aberturas de tuberías y secciones de codos (donde la tensión es mayor y es más probable que se produzcan grietas), y corte y reemplace rápidamente cualquier grieta menor para evitar su expansión y ruptura de la tubería.

1. Causa fundamental del agrietamiento:Defectos del material + tensión residual + proceso inadecuado + fuerza externa/baja temperatura/corrosión combinadas;

2. Escenarios propensos a agrietarse:Laminación/soldadura de producción, endurecimiento por estirado en frío, corte por choque térmico, uso a baja-temperatura, ambiente corrosivo, instalación forzada;

3. Prevención de grietas en la producción:Control de materias primas, control de temperatura, reducción razonable, tratamiento térmico posterior a la soldadura, alivio de tensión, detección de fallas en línea;

4. Prevención de uso del agrietamiento:Seleccione el material adecuado, almacenamiento y transporte cuidadosos, procesamiento de corte en frío, instalación estandarizada, control de presión, anti-corrosión y anti-congelación.