Analyse des causes, des scénarios et des mesures de prévention de la fissuration des tuyaux en acier

L'essence de la fissuration des tuyaux en acier est que la contrainte interne est supérieure à la limite d'élasticité/ténacité à la rupture du matériau. En outre, il existe quatre causes principales : les défauts de matériaux, les défauts de processus, les forces externes excessives et la corrosion environnementale.

De la fissuration microscopique des grains à l'expansion des micro-fissures en passant par les fissures macroscopiques, elle se présente sous cinq formes : fissuration longitudinale, fissuration transversale, fissuration circonférentielle, fissuration d'extrémité et fissuration de soudure.

1. Raisons matérielles-(vices inhérents)

1. Inclusions/ségrégation des phases dans les matières premières
Lors de la production d'acier, si les teneurs en soufre, phosphore, oxygène et hydrogène dépassent la norme, des sulfures et des oxydes s'accumuleront, perturbant la continuité des grains métalliques et devenant sources de fissures ; si l'équivalent carbone est trop élevé, l'acier devient fragile, présente une mauvaise ténacité et est sujet à la fissuration à froid.

2. Structure métallographique insuffisante
Gros grains, structure en bandes, structure Vickers, structure dure et cassante de martensite durcie, plasticité considérablement réduite, même une légère contrainte provoquera des fissures.

3. Épaisseur de paroi inégale, ellipticité excessive
Un côté du tuyau est plus épais et l'autre plus fin, la contrainte se concentre sur la zone à paroi mince-et les fissures se produisent préférentiellement sous contrainte.

4. Fissuration induite par l'hydrogène- (la plus courante)
Au cours de la production d'acier, les processus de lavage à l'acide, de soudage et de galvanoplastie absorbent de l'hydrogène, les atomes d'hydrogène pénètrent dans le réseau, s'accumulent pour former une pression interne, fissurent les grains et se manifestent principalement par une fissuration retardée.

2. Raisons du processus de production (défauts post-fabrication)

1. Processus inapproprié de laminage à chaud/étirage à froid

• Température de chauffage/refroidissement excessive: La surchauffe conduit à des grains grossiers et à un forgeage incomplet ; une température trop basse entraîne une mauvaise plasticité et une déchirure directe lors du laminage.
• Réduction excessive du roulement : Une déformation excessive par passe unique dépasse la limite de tolérance du matériau, provoquant une stratification interne et des micro-fissures.
• Pas de recuit intermédiaire en étirage à froid: Fort écrouissage à froid, contraintes de traction résiduelles excessives et fissuration naturelle lors du stockage et de la découpe.

2. Défauts dans les tubes en acier soudés
Soudage en spirale, soudage à joint droit : manque de pénétration, inclusion de scories, porosité des gaz, contre-dépouille, cordon de soudure, la soudure est une zone faible, la concentration de contraintes provoque une fissuration directe ; apport de chaleur de soudage excessif, fragilité dans la zone affectée thermiquement-.

3. Traitement thermique inapproprié
Un refroidissement trop rapide pendant la normalisation et le recuit entraîne une contrainte de trempe ; revenu insuffisant, contrainte résiduelle non libérée et fissuration lente ultérieure.

4. Traitement de coupe, de biseautage et de chanfreinage
Le sciage, l'oxycoupage génèrent des contraintes thermiques et une couche durcie, entraînant des microfissures à l'extrémité, qui se dilatent par la suite.

3. Causes du stress et des forces externes
1. Stress interne résiduel
Après laminage, soudage et étirage à froid, les contraintes internes n'ont pas été relâchées. Le tuyau en acier a sa propre contrainte de traction à l'intérieur et il se fissurera naturellement même sans force extérieure.

2. Surcharge mécanique due à des forces externes
Compression, impact, flexion, répartition inégale des forces pendant le levage et l'installation et dépassement de la limite d'élasticité de conception du tuyau en acier.

3. Concentration du stress
Des fissures se produisent au niveau de l'encoche d'ouverture du tuyau, des rayures provoquant des piqûres, des angles vifs dus au traitement du filetage et des changements soudains dans l'épaisseur de la paroi. Les contraintes locales sont amplifiées plusieurs fois, conduisant à des fissures immédiates.

4. Causes de corrosion et de détérioration de l'environnement et du milieu
1. Fragilisation à basse-température
Les tuyaux en acier à faible-carbone et à faible-alliage présentent une baisse significative de leur résistance aux chocs à des températures extrêmement basses. Même de légères vibrations ou impacts peuvent provoquer des fractures fragiles et des fissures.

2. Fissuration par corrosion

• Corrosion sous contrainte : humidité, acides, alcalis, ions chlorure + contrainte de traction, entraînant des fissures par corrosion sous contrainte (SCC).
• Corrosion intergranulaire : Le milieu érode les joints de grains, provoquant une fissuration progressive.
• Corrosion par l'hydrogène, corrosion par les sulfures (courantes dans les systèmes de pipelines de produits chimiques des champs de pétrole et du charbon).

1. Fissuration pendant la production

• Lors du laminage à chaud et du perçage :La billette du tuyau a une basse température et contient de nombreuses inclusions, ce qui entraîne une déchirure directe au niveau de la pointe du perçage.
• Pendant le processus de laminage :Réduction excessive de la pression, mauvais réglage des rouleaux de guidage, provoquant une fissuration longitudinale de la paroi du tuyau.
• Lors de la production d'étirage à froid :Mauvaise lubrification des moules, déformation excessive et défaut de recuit, entraînant des fissures lors de l'emboutissage.
• Pendant la formation du soudage :Mauvaise formation de la soudure, inadéquation du courant et de la tension de soudage, fissuration immédiate de la soudure.
• Pendant le processus de lissage :Pression excessive sur les rouleaux redresseurs, provoquant l'écrasement du tube et générant des fissures transversales.

2. Fissuration pendant le stockage/transport

• Les tuyaux étirés à froid et les tuyaux soudés n'ont pas subi de soulagement des contraintes, et les changements brusques de température lors du stockage à l'extérieur provoquent une dilatation et une contraction thermiques, conduisant à des fissures.
• Une mauvaise fixation pendant le transport et le levage, ainsi que des points de rembourrage déraisonnables, entraînent une compression et une abrasion locales, provoquant des fissures.
• Exposition à l'humidité, à la pluie, à la rouille et à la corrosion, augmentant progressivement les micro-fissures à la surface.

3. Craquage après-traitement

• Coupage à la flamme et meulage des extrémités des tuyaux, le choc thermique provoque des fissures aux extrémités.
• Le filetage, le filetage, le rainurage, les contraintes de coupe combinées à des contraintes de coins pointus entraînent des fissures.
• Les vibrations tronquées aléatoirement et brutales amplifient les micro-fissures existantes.

4. Fissuration lors de l'installation et de l'utilisation

• Alignement forcé des tuyaux, traction intense pour le raccordement, entraînant une contrainte de traction lors de l'installation.
• Dépassement de la pression de conception pour le palier de pression-, coup de bélier, augmentation et diminution soudaines de la pression.
• Utilisation en extérieur à basse température, sans isolation, provoquant une rupture fragile.
• Tassement des fondations de canalisations enterrées, chargements suspendus, corrosion des sols.
• Conditions de température-élevée : fluage à température élevée-à long terme-, glissement des grains provoquant des fissures ; alternance de cycles chaud et froid, fissuration par fatigue thermique.

1. Contrôle des matières premières (prévention des fissures à la source)

1. Contrôler strictement la composition de la fabrication de l'acier: réduire le soufre et le phosphore, contrôler l'équivalent carbone, contrôler strictement la teneur en hydrogène, sélectionner des billettes qualifiées et éviter le mélange aléatoire de ferraille et d'autres impuretés.

2. AToutes les billettes entrantes doivent subir une détection des défauts: détection des défauts par ultrasons/induction, élimine les inclusions internes, les couches et les défauts de retrait.

3. Universitéchauffage des billettes : chauffage du four étape-par-étape à vitesse constante, en évitant les surchauffes et sous-chauffes locales, et en garantissant un temps de maintien suffisant pour obtenir une microstructure uniforme.

2. Ajustement du processus de laminage/étirage à froid
1. Contrôle précis de la température
Pour le laminage à chaud, les températures de laminage initiale et finale sont strictement contrôlées pour éviter la zone fragile ; dans un environnement à basse-température, la température de chauffage de la billette est augmentée de manière appropriée.

2. Répartition raisonnable de la réduction
Réduisez la quantité de déformation de roulement unique, utilisez plusieurs passes avec une petite réduction pour éviter une contrainte excessive en une seule fois ; optimiser l'espacement des rouleaux et des guides pour garantir une épaisseur de paroi uniforme et répondre aux exigences d'ellipticité.

3. Anti-fissuration dans le processus d'étirage à froid
Avant l'étirage à froid, effectuez un recuit de sphéroïdisation pour éliminer l'écrouissage ; polir les moules et fournir une lubrification suffisante pour réduire les contraintes de friction ; utilisez plusieurs passes de dessin et ajoutez des processus de recuit au milieu.

3. Mesures spéciales anti-fissuration pour les tubes en acier soudés
1. Faites correspondre le courant, la tension et la vitesse de soudage pour éviter une pénétration incomplète, une sous-cotation et une inclusion de scories.
2. Préchauffer avant de souder et refroidir lentement après le soudage. Les tuyaux en acier à haute teneur en carbone/acier allié doivent être trempés après le soudage pour soulager les contraintes.
3. Effectuez une détection des défauts en ligne-par ultrasons et par rayons X-sur les cordons de soudure et retirez immédiatement les tuyaux en acier fissurés.

4. Traitement thermique pour soulager le stress (processus clé)
1. Les tubes étirés à froid-, les tubes à paroi épaisse - et les tubes en alliage doivent subir un recuit/normalisation de détente pour libérer les contraintes résiduelles du laminage et du soudage.
2. Contrôlez la vitesse de refroidissement. Interdire le refroidissement par air ou le refroidissement rapide. Utiliser le refroidissement au four, le refroidissement lent dans les fosses pour éviter le durcissement des structures.

5. Post-contrôle du traitement et du lissage
1. Affinez-la pression du rouleau de redressage pour éviter qu'un redressement excessif ne provoque des fissures transversales ; ré-inspecter après le redressage.
2. Utiliser un traitement à basse-vitesse pour l'arrondi et le chanfreinage de l'embouchure du tuyau afin d'éviter de brûler directement l'embouchure du tuyau par oxycoupage ; utilisez plutôt un sciage mécanique pour réduire les fissures thermiques.
3. Effectuez une transition arrondie à l'embouchure du tuyau après le traitement pour éliminer la concentration de contraintes causée par les angles vifs et les espaces.

6. Contrôle qualité en ligne
Des tests complets-de courants de Foucault, d'ultrasons et hydrostatiques sont effectués pour détecter les micro-fissures à l'avance et empêcher les produits fissurés de sortir de la chaîne de production.

1. Sélection du type et compatibilité (sélectionnez d'abord le bon tuyau)
1. Environnement à basse-température :Sélectionnez des tuyaux en acier résistants aux impacts à basse-température (tels que Q355C/D/E) et évitez d'utiliser de l'acier ordinaire à faible-carbone.
2. Milieux corrosifs (acide, alcalin, chimique, bord de mer) :Sélectionnez des tuyaux galvanisés, des tuyaux en acier inoxydable ou en alliage anti--corrosion. Les tuyaux en acier au carbone ordinaires sont sujets à la fissuration par corrosion sous contrainte.
3. Conditions de haute-pression et de-température :Sélectionnez des tuyaux en acier-sans soudure à parois épaisses. Rejetez les tuyaux soudés à paroi mince- comme substituts.

2. Notes de stockage et de transport
1. Stockez les tuyaux en acier finis à plat pour éviter d'être suspendus ou soumis à une contrainte ponctuelle- ; utilisez des supports en bois superposés pour éviter tout contact dur direct et toute compression.
2. Couvrez-les pendant les jours de pluie pour éviter la rouille due à l'exposition à la pluie et les fissures causées par des changements brusques de température. éloignez-les des environnements présentant une corrosion acide et alcaline.
3. Utilisez des ceintures de levage flexibles pour le transport et le levage. N'appuyez pas directement sur l'embouchure ou le corps du tuyau avec des câbles en acier. Interdire strictement les manipulations brutales et les chocs.

3. Découpe et transformation secondaire
1. Essayez d'utiliser autant que possible la découpe mécanique à froid et minimisez l'utilisation de la découpe à chaud à la flamme ; lorsque l'oxycoupage est nécessaire, retirez la couche durcie et les micro-fissures après la découpe.
2. Après le filetage et le rainurage, réalisez des chanfreins et des coins arrondis pour éliminer la concentration de contraintes au niveau des angles vifs pendant le traitement.
3. Si la contrainte dans le tube en acier traité est élevée, un recuit local peut être effectué pour soulager la contrainte.

4. Spécifications de construction de l'installation

1. L'installation du pipeline ne doit pas être effectuée en alignant de force ou en tirant ou en poussant avec force. Laissez une marge de dilatation thermique suffisante pour éviter les contraintes de traction résiduelles lors de l'installation.
2. L'espacement des supports et des appuis doit être conforme à la réglementation pour empêcher le pipeline de rester suspendu, de couler ou de se plier sous l'effet d'une force.
3. Pour les canalisations à haute-température, des joints de dilatation doivent être installés pour compenser la dilatation et la contraction thermiques, empêchant ainsi les contraintes thermiques de provoquer des fissures.

5. Protection de fonctionnement et d'entretien
1. Ne pas utiliser au-delà des limites de pression ou de charge pour éviter les coups de bélier et les fluctuations soudaines de pression.
2. Isolez et empêchez le gel des canalisations à basse-température afin d'éviter les fissures fragiles ; interdire les impacts directs et les coups sur les pipelines en hiver.
3. Appliquez des revêtements anti-corrosion et une protection cathodique sur les canalisations enterrées pour isoler les ions chlorure, les acides et les alcalis du sol de la corrosion.
4. Inspections régulières : concentrez-vous sur l'inspection des soudures, des ouvertures de tuyaux et des sections de coudes (là où les contraintes sont les plus élevées et où les fissures sont les plus susceptibles de se produire), et coupez et remplacez rapidement toutes les fissures mineures pour empêcher leur expansion et la rupture du pipeline.

1. Cause fondamentale de la fissuration :Défauts de matériau + contrainte résiduelle + processus inapproprié + force externe / basse température / corrosion combinées ;

2. Scénarios sujets aux fissures :Laminage/soudage de production, étirage à froid, durcissement, choc thermique de découpe, utilisation à basse -température, environnement corrosif, installation forcée ;

3. Prévention de la fissuration lors de la production :Contrôler les matières premières, contrôler la température, réduction raisonnable, traitement thermique après-soudage, soulagement des contraintes,-détection des défauts en ligne ;

4. Prévention des fissures :Sélectionnez le bon matériau, le stockage et le transport en douceur, le traitement de découpe à froid, l'installation standardisée, la pression de contrôle, l'anti-corrosion et l'anti-gel.