Comprensión de los fallos por fugas en bobinas de acero inoxidable 316L

El 316L pertenece al acero inoxidable austenítico, correspondiente a la marca nacional 022Cr17Ni12Mo2, que tiene buena plasticidad y resistencia a la corrosión. La adición del elemento Mo en este acero inoxidable mejora en gran medida su resistencia a las picaduras. Por lo tanto, el acero inoxidable 316L es ampliamente utilizado en la industria petroquímica, farmacéutica y otras industrias. Una bobina de acero inoxidable 316L utilizada en una empresa [...]

Índice

El 316L pertenece al acero inoxidable austenítico, correspondiente a la marca nacional 022Cr17Ni12Mo2, que tiene buena plasticidad y resistencia a la corrosión.

La adición del elemento Mo en este acero inoxidable mejora considerablemente su resistencia a las picaduras.

Por lo tanto, el acero inoxidable 316L se utiliza ampliamente en las industrias petroquímica, farmacéutica y otras.

Una bobina de acero inoxidable 316L utilizada en una empresa presentaba fugas y perforaciones en la pared del tubo durante su uso.

El medio de trabajo en el interior del tubo es vapor de agua, con una presión de trabajo de 0,9MPa.

El medio fuera de la tubería es álcali fuerte y polvo de cobre, con una presión de trabajo de 1,0MPa.

Existe una diferencia de presión entre las paredes interior y exterior.

El motivo del fallo se analiza y estudia mediante experimentos.

1. 1. Análisis macroeconómico

1.1 Inspección visual

De la inspección visual macroscópica externa se desprende que el orificio de fuga es un pequeño orificio de unos 2 mm de diámetro en la pared exterior, como se muestra en la Fig. 1a.

En la pared interior, hay cuatro pequeños agujeros dispuestos longitudinalmente con un diámetro de aproximadamente 1 mm, y se puede ver un gran número de grietas de "piel alabeada", como se muestra en la Fig. 1b.

Fig. 1 macro morfología del orificio de fuga

1.2 Macroinspección ampliada

Cuando se observa con un estereomicroscopio de aumento variable, la Fig. 2a es una macrofotografía del orificio de fuga de la pared interior después de 40 aumentos;

La Fig. 2b muestra la forma del orificio de fuga después del corte.

El espacio dentro del agujero es relativamente grande, con un volumen total de unos 4 mm.3.

La pared del agujero es ondulada e irregular.

Fig. 2 Morfología del orificio de fuga

2. Detección y análisis

2.1 Análisis de la composición química espectral

El espectrómetro de espectro completo de lectura directa se utiliza para analizar la composición química de las muestras alrededor del orificio de fuga.

Los resultados (valor medio) figuran en el cuadro 1.

Comparado con la composición del material TP316L en ASME SA213, cumple los requisitos de la norma.

Tabla 1 resultados de los análisis de composición química (fracción másica) (%)

TipoCSiMnPSCrNiMo
Valor estándar≤0.035≤1.00≤2.00≤0.045≤0.03016.0~18.010.0~14.02.00~3.00
Valor medido0.020.280.860.0410.00316.2110.172.18

2.2 Ensayo de tracción

La máquina de ensayo universal electrónica se utiliza para tomar muestras en la bobina para el ensayo de tracción.

Los resultados figuran en el cuadro 2.

La morfología de fractura de la muestra es de fractura plástica.

A través de la comparación, se puede ver que la resistencia a la tracción, límite elástico y el alargamiento tras rotura del material cumplen la norma ASME SA213.

Tabla 2 resultados de los ensayos de propiedades mecánicas

TipoResistencia a la tracción Rm / MPaLímite elástico Rpo.2/MPaAlargamiento tras fractura A (%)
Valor estándar≥486≥170≥35
Valor medido69347648.5

2.3 Prueba de rendimiento del proceso

La máquina de ensayo universal electrónica se utiliza para realizar la prueba de abocardado y aplanado.

Los resultados se muestran en la Tabla 3.

El aspecto de la muestra abocinada tras la prueba se muestra en la Fig. 3.

No hay grietas en la pared interior del tubo.

La morfología del espécimen aplanado se muestra en la Fig. 4.

Se generan grietas en la superficie de tracción de la pared exterior de la probeta aplanada.

La pared exterior del extremo de la abertura de la grieta es una fractura antigua, y la punta de la grieta es una fractura nueva.

Se puede ver que hay grietas antiguas en la pared exterior del tubo.

Tabla 3 resultados de las pruebas de rendimiento del proceso

Prueba de abocardadoPrueba de aplanamiento
Β(°)D(%)ResultadosDistancia entre placas de prensado / mmResultados
6015No hay grietas en la pared interior29.5Grietas en la deformación por tracción de la pared exterior

Fig. 3 muestra abocinada

Fig. 4 grieta en la superficie de tracción de la probeta aplanada

2.4 Análisis metalográfico

Se procesarán muestras micro metalográficas en las paredes interior y exterior y en el interior de la bobina.

La sección transversal de las muestras se esmerilará y pulirá y, a continuación, se observará con un microscopio metalográfico.

En la Fig. 5a puede verse que hay grietas de "piel alabeada" en la pared interior de la bobina, y hay microgrietas en la parte inferior de la "piel alabeada";

En la Fig. 5b puede verse que hay un gran número de microfisuras en la pared exterior, que se originan en los defectos o picaduras de corrosión y se expanden a lo largo de las inclusiones;

Se puede ver en la Fig. 5c que hay un gran número de inclusiones granulares, en forma de tira y masivas en el interior, con el tamaño de 5 ~ 25 μ m.

Fig. 5 diferentes zonas de los materiales de las bobinas

La microestructura de la muestra corroída es austenita con un tamaño medio de grano de 6,5, y se encuentran precipitados en el límite del grano.

Se puede observar en la Fig. 6b que hay un gran número de líneas de deslizamiento de deformación en la pared interior, lo que indica la existencia de tensión residual;

En la Fig. 6c se observa que hay grietas transgranulares e intergranulares en la pared exterior.

Fig. 6 diagrama metalográfico

2.5 Análisis SEM

Se utiliza el microscopio electrónico de barrido para observar la fractura de la grieta. La Fig. 7a es una fractura antigua.

Se puede observar en la morfología de la pared interior del agujero de fuga de la Fig. 7b que hay productos de corrosión con "patrón de barro" en la superficie.

Fig. 7 Aspecto SEM de la parte defectuosa

2.6 Enálisis del espectro energético

El análisis del espectro de energía se llevó a cabo en las muestras de fractura antiguas de la Fig. 7a, como se muestra en la Fig. 8. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Los productos de corrosión son relativamente complejos, compuestos principalmente de óxidos y mezclados con Cu, Na, etc.

CMnMoFeCrNiOCuNa
8.20.61.341.517.45.022.90.71.8

Cuadro 4 resultados del análisis del espectro de energía (fracción de masa) (%)

Fig. 8 espectro de energía del punto de análisis

3. Análisis exhaustivo

Basándose en los datos de ensayo anteriores, la composición química, la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento tras rotura de la bobina de acero inoxidable TP316L cumplen los requisitos de ASME SA213.

La prueba de abocardado es cualificada, aparecen grietas en la superficie de tracción de la pared exterior de la probeta aplanada, y el extremo abierto es una grieta antigua.

El análisis metalográfico y el SEM + EDS muestran que la estructura es de acero inoxidable austenítico, pero hay inclusiones granulares de diferentes tamaños, y hay productos de corrosión de "patrón de barro" en la superficie, especialmente en el orificio de fuga.

La pared del poro fluctúa irregularmente, y hay un gran número de microfisuras en la "piel alabeada" y se expanden a lo largo de las inclusiones.

4. Conclusiones y sugerencias

Las principales causas de fugas del acero inoxidable 316L bobina de acero hay un gran número de inclusiones, productos de corrosión por óxido y microfisuras en el material.

La continuidad de la matriz se destruye debido a la presencia de inclusiones.

Bajo la acción conjunta de la tensión residual y la diferencia de presión entre las paredes interior y exterior, se generan fácilmente grietas que se expanden en la inclusión.

Sin embargo, la inclusión entra en contacto con el medio de vapor a alta temperatura.

Dado que la resistencia a la corrosión de la inclusión es muy inferior a la del propio material, la inclusión se corroe y, con el tiempo, se forman agujeros en la pared de la tubería, lo que da lugar a la perforación de la pared de la tubería y a fugas.

Para evitar fallos de fuga similares, se recomienda lo siguiente:

1) Para el entorno de servicio de la bobina, la alta calidad Acero inoxidable 316L debe seleccionarse material con pocas inclusiones.

2) Controlar la pureza del medio de trabajo para evitar al máximo la influencia de sustancias corrosivas en la tubería.

3) Los componentes de la bobina se someterán a tratamiento térmico después de flexión y soldadura para liberar eficazmente la tensión residual.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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