Análise de causas, cenários e medidas de prevenção para rachaduras em tubos de aço

A essência da fissuração de tubos de aço é que a tensão interna é maior do que a resistência ao escoamento/resistência à falha do material. Além disso, existem quatro causas principais: defeitos de material, defeitos de processo, força externa excessiva e corrosão ambiental.

Desde trincas microscópicas de grãos até micro{0}}expansão de trincas e trincas macroscópicas, ela ocorre em cinco formas: trincas longitudinais, trincas transversais, trincas circunferenciais, trincas finais e trincas de solda.

1. Motivos-relacionados ao material (defeitos inerentes)

1. Inclusões/segregação de fases em matérias-primas
Durante a produção de aço, se os teores de enxofre, fósforo, oxigênio e hidrogênio ultrapassarem o padrão, sulfetos e óxidos se acumularão, interrompendo a continuidade dos grãos metálicos e tornando-se fontes de trincas; se o equivalente de carbono for muito alto, o aço torna-se quebradiço e tem baixa tenacidade, e é propenso a trincas a frio.

2. Estrutura metalográfica insuficiente
Grãos grossos, estrutura em faixas, estrutura Vickers, estrutura dura e quebradiça de martensita endurecida, plasticidade significativamente reduzida, mesmo um leve estresse causará rachaduras.

3. Espessura de parede irregular, elipticidade excessiva
Um lado do tubo é mais grosso e o outro é mais fino, a tensão concentra-se na área-de parede fina e as rachaduras ocorrem preferencialmente sob tensão.

4. Fissuração-induzida por hidrogênio (mais comum)
Durante a produção de aço, os processos de lavagem ácida, soldagem e galvanoplastia absorvem hidrogênio, os átomos de hidrogênio penetram na rede, acumulam-se para formar pressão interna, quebram os grãos e se manifestam principalmente como rachaduras retardadas.

2. Razões do processo de produção (defeitos pós{1}}fabricação)

1. Processo inadequado de laminação a quente/estiramento a frio

• Temperatura excessiva de aquecimento/resfriamento: O superaquecimento leva a grãos grossos e forjamento incompleto; temperatura muito baixa resulta em baixa plasticidade e rasgo direto durante a laminação.
• Redução excessiva na laminação: a deformação excessiva por passagem única excede o limite de tolerância do material, causando camadas internas e micro-fissuras.
• Sem recozimento intermediário na trefilação a frio: Severo endurecimento por trabalho a frio, tensão residual de tração excessiva e fissuras naturais durante armazenamento e corte.

2. Defeitos em tubos de aço soldados
Soldagem em espiral, soldagem de costura reta: Falta de penetração, inclusão de escória, porosidade de gás, corte inferior, cordão de solda, a solda é uma área fraca, a concentração de tensão causa trinca direta; entrada excessiva de calor de soldagem, fragilidade na zona-afetada pelo calor.

3. Tratamento térmico inadequado
O resfriamento muito rápido durante a normalização e o recozimento leva ao estresse de têmpera; revenimento insuficiente, tensão residual não liberada e subsequente fissuração lenta.

4. Processamento de corte, chanfro e chanframento
Serrar, corte a chama geram estresse térmico e camada endurecida, resultando em microfissuras na extremidade, que posteriormente se expandem.

3. Causas de estresse e forças externas
1. Estresse interno residual
Após laminação, soldagem e trefilação a frio, a tensão interna não foi aliviada. O tubo de aço tem sua própria tensão de tração interna e irá rachar naturalmente mesmo sem força externa.

2. Sobrecarga Mecânica por Forças Externas
Compressão, impacto, flexão, distribuição desigual de força durante a elevação e instalação e excesso do limite de escoamento projetado do tubo de aço.

3. Concentração de estresse
Ocorrem rachaduras no entalhe de abertura do tubo, arranhões causando buracos, cantos afiados devido ao processamento da rosca e mudanças repentinas na espessura da parede. A tensão local é ampliada diversas vezes, levando à fissuração imediata.

4. Causas de Corrosão e Deterioração do Meio Ambiente e do Meio
1. Fragilização-de baixa temperatura
Tubos de aço com baixo-carbono e baixa{1}}liga apresentam uma queda significativa na resistência ao impacto em temperaturas extremamente baixas. Mesmo vibrações ou impactos leves podem causar fraturas frágeis e rachaduras.

2. Fissuração por corrosão

• Corrosão sob tensão: Umidade, ácidos, álcalis, íons cloreto + tensão de tração, resultando em trincas por corrosão sob tensão (SCC).
• Corrosão intergranular: O meio corrói os limites dos grãos, causando rachaduras graduais.
• Corrosão por hidrogênio, corrosão por sulfeto (comum em campos petrolíferos e sistemas de dutos químicos de carvão).

1. Rachaduras durante a produção

• Durante laminação a quente e perfuração:O tarugo do tubo tem baixa temperatura e contém muitas inclusões, resultando em um rasgo direto na ponta do piercing.
• Durante o processo de laminação:Redução excessiva de pressão, ajuste inadequado dos roletes guia, causando fissuras longitudinais na parede do tubo.
• Durante a produção de trefilação a frio:Má lubrificação dos moldes, deformação excessiva e falha no recozimento, levando a rachaduras durante o estiramento.
• Durante a formação da soldagem:Má formação da solda, incompatibilidade entre corrente e tensão de soldagem, fissuração imediata da solda.
• Durante o processo de alisamento:Pressão excessiva nos rolos endireitadores, causando esmagamento do tubo e gerando fissuras transversais.

2. Rachaduras durante armazenamento/transporte

• Tubos-trefilados a frio e tubos soldados não passaram por alívio de tensão, e mudanças repentinas de temperatura durante o armazenamento externo causam expansão e contração térmica, causando rachaduras.
• Amarração inadequada durante o transporte e elevação, e pontos de preenchimento inadequados, resultam em compressão e abrasão local, causando rachaduras.
• Exposição à umidade, chuva, ferrugem e corrosão, expandindo gradativamente micro-fissuras na superfície.

3. Cracking pós{1}}processamento

• Corte com chama e retificação das extremidades dos tubos, o choque térmico causa rachaduras nas extremidades.
• Corte de rosca, rosqueamento, processamento de ranhuras, tensão de corte combinada com tensão de canto afiado levam a rachaduras.
• A vibração truncada aleatoriamente e com força amplifica as micro-fissuras existentes.

4. Rachaduras durante a instalação e uso

• Alinhamento forçado de tubos, puxando forte para conexão, resultando em tensão de tração na instalação.
• Exceder a pressão projetada para pressão-mancal, impacto de golpe de aríete, aumento e diminuição repentinos de pressão.
• Uso externo em baixas temperaturas, sem isolamento, causando fratura frágil.
• Assentamento de fundações de tubulações enterradas, cargas suspensas, corrosão do solo.
• Condições de-alta temperatura: fluência de longo-prazo em alta-temperatura, deslizamento de grãos causando rachaduras; ciclos alternados de quente e frio, trincas por fadiga térmica.

1. Controle de Matérias-Primas (Evitando Rachaduras na Fonte)

1. Controle rigorosamente a composição siderúrgica: reduzir o enxofre e o fósforo, controlar o equivalente de carbono, controlar estritamente o conteúdo de hidrogênio, selecionar tarugos qualificados e evitar a mistura aleatória de sucata de aço e outras impurezas.

2. ATodos os boletos recebidos devem passar por detecção de falhas: detecção de falhas ultrassônicas/indução, remoção de inclusões internas, camadas e defeitos de encolhimento.

3. Universidadeformar aquecimento de tarugos: aquecimento passo{0}}a-do forno a uma velocidade constante, evitando superaquecimento e subaquecimento local e garantindo tempo de retenção suficiente para obter microestrutura uniforme.

2. Ajuste do processo de laminação/estiragem a frio
1. Controle preciso de temperatura
Para laminação a quente, as temperaturas inicial e final de laminação são rigorosamente controladas para evitar a zona quebradiça; em um ambiente-de baixa temperatura, a temperatura de aquecimento do tarugo é aumentada adequadamente.

2. Distribuição razoável de redução
Reduza a quantidade de deformação de rolamento único, use múltiplas passagens com pequena redução para evitar tensão excessiva de uma só vez; otimizar o espaçamento de rolos e guias para garantir espessura de parede uniforme e atender aos requisitos de elipticidade.

3. Anti-fissuração no processo de trefilação a frio
Antes da trefilação a frio, realize o recozimento de esferoidização para eliminar o endurecimento por trabalho; polir os moldes e fornecer lubrificação suficiente para reduzir o estresse de atrito; use múltiplas passagens de desenho e adicione processos de recozimento no meio.

3. Medidas especiais anti-fissuração para tubos de aço soldados
1. Combine a corrente de soldagem, a tensão e a velocidade de soldagem para evitar penetração incompleta, corte inferior e inclusão de escória.
2. Pré-aqueça antes de soldar e esfrie lentamente após a soldagem. Tubos de aço/liga de aço com alto-carbono devem ser temperados após a soldagem para aliviar o estresse.
3. Realize a-deteção de falhas por ultrassom e{2}}raios X em linha em costuras de solda e remova imediatamente tubos de aço rachados.

4. Tratamento térmico para alívio do estresse (processo chave)
1. Tubos-trefilados a frio, tubos-de paredes espessas e tubos de liga devem passar por recozimento/normalização para alívio de tensão para liberar tensões residuais de laminação e soldagem.
2. Controle a taxa de resfriamento. Proibir resfriamento a ar ou resfriamento rápido. Use resfriamento de forno, resfriamento lento em poços para evitar o endurecimento das estruturas.

5. Pós-processamento e controle de endireitamento
1. Ajuste-a pressão do rolo de alisamento para evitar que o endireitamento excessivo cause rachaduras transversais; reinspecione-após o alisamento.
2. Use processamento de baixa-velocidade para arredondamento e chanframento da boca do tubo para evitar queima direta da boca do tubo por corte com chama; em vez disso, use serragem mecânica para reduzir rachaduras térmicas.
3. Faça uma transição arredondada na boca do tubo após o processamento para eliminar a concentração de tensão causada por cantos afiados e lacunas.

6. Inspeção de qualidade on-line
Testes-de processo completo de correntes parasitas, ultrassônicos e hidrostáticos são realizados para detectar micro{1}}fissuras com antecedência e evitar que produtos com rachaduras sejam liberados da linha de produção.

1. Seleção de tipo e compatibilidade (selecione primeiro o tubo correto)
1. Ambiente-de baixa temperatura:Selecione tubos de aço resistentes ao impacto-de baixa temperatura (como Q355C/D/E) e evite usar aço comum-de baixo carbono.
2. Meios corrosivos (ácidos, álcalis, químicos, marítimos):Selecione tubos galvanizados, aço inoxidável e tubos de liga anti-corrosão. Tubos comuns de aço carbono são propensos a fissuras por corrosão sob tensão.
3. Condições de alta-pressão e alta-temperatura:Selecione tubos de aço-com paredes espessas e sem costura. Rejeite tubos soldados-de paredes finas como substitutos.

2. Notas de armazenamento e transporte
1. Armazene os tubos de aço acabados de forma plana para evitar que fiquem suspensos ou sujeitos a tensão de-ponto único; use suportes de madeira em camadas para evitar contato direto e compressão.
2. Cubra-os em dias de chuva para evitar ferrugem devido à exposição à chuva e rachaduras causadas por mudanças bruscas de temperatura; mantenha-os longe de ambientes com corrosão ácida e alcalina.
3. Use correias de elevação flexíveis para transporte e elevação. Não pressione diretamente a boca ou o corpo do tubo com cabos de aço. Proibir estritamente o manuseio brusco e o impacto.

3. Corte e Processamento Secundário
1. Tente usar o corte mecânico a frio tanto quanto possível e minimize o uso de corte a quente com chama; quando o corte com chama for necessário, remova a camada endurecida e as micro-fissuras após o corte.
2. Após rosqueamento e ranhura, faça chanfros e cantos arredondados para eliminar a concentração de tensão nos cantos vivos durante o processamento.
3. Se a tensão no tubo de aço processado for alta, o recozimento local pode ser realizado para aliviar a tensão.

4. Especificações de construção de instalação

1. A instalação da tubulação não deve ser realizada alinhando à força ou puxando ou empurrando com força. Deixe uma margem de expansão térmica suficiente para evitar tensões de tração residuais durante a instalação.
2. O espaçamento dos suportes e rolamentos deve obedecer aos regulamentos para evitar que a tubulação permaneça suspensa, afunde ou dobre sob força.
3. Para tubulações-de alta temperatura, juntas de expansão devem ser instaladas para compensar a expansão e contração térmica, evitando que o estresse térmico cause rachaduras.

5. Proteção de Operação e Manutenção
1. Não opere além dos limites de pressão ou carga para evitar golpe de aríete e flutuações repentinas de pressão.
2. Isole e evite o congelamento em tubulações-de baixa temperatura para evitar rachaduras quebradiças; proibir impacto direto e batidas em oleodutos no inverno.
3. Aplique revestimentos anti-corrosão e proteção catódica em tubulações enterradas para isolar íons cloreto, ácidos e álcalis do solo da corrosão.
4. Inspeções regulares: Concentre-se na inspeção de soldas, aberturas de tubos e seções de cotovelo (onde a tensão é maior e é mais provável a ocorrência de rachaduras) e corte e substitua imediatamente quaisquer pequenas rachaduras para evitar sua expansão e ruptura da tubulação.

1. Causa raiz das rachaduras:Defeitos de material + tensão residual + processo impróprio + força externa/baixa temperatura/corrosão combinados;

2. Cenários propensos a rachaduras:Laminação/soldagem de produção, endurecimento por trefilação a frio, corte por choque térmico, uso-de baixa temperatura, ambiente corrosivo, instalação forçada;

3. Prevenção de fissuras na produção:Controle de matérias-primas, controle de temperatura, redução razoável, tratamento térmico pós{0}}soldagem, alívio de tensão, detecção-on-line de falhas;

4. Prevenção de uso de rachaduras:Selecione o material certo, armazenamento e transporte cuidadosos, processamento de corte a frio, instalação padronizada, controle de pressão, anti-corrosão e anti-congelamento.