南京扬子石化工程监理有限责任公司 江苏省 210048
摘要：根据煤化工某装置曾发生过正在使用的材质为06Cr19Ni10不锈钢弯头本体开裂的事例，从弯头加工成型与失效弯头裂纹机理分析入手，分析出裂纹产生的真实原因。重点从供应商管理、采购监造两个环节，阐述了以尽可能减少不锈钢管件晶间腐蚀开裂事故发生的改进措施。
关键词：不锈钢弯头开裂 供应商管理 采购监造
不锈钢具有较好的力学性能和优良的抗均匀腐蚀能力，在石油、化工、能源动力等领域中得到了广泛应用，石油化工装置采用了大量的不锈钢管件，一般耐全面腐蚀性能良好，但也可能产生点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀及应力腐蚀破裂等局部腐蚀。而其中晶间腐蚀发生后金属表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，机械强度恶化，不能经受敲击。以晶间腐蚀为起源，在应力和介质的共同作用下，可使不锈钢诱发晶间应力腐蚀，所以晶间腐蚀有时是应力腐蚀的先导。由于晶间腐蚀不易检查，对安全生产危害性极大，本文根据某煤化工净化装置中正在使用的材质为06Cr19Ni10（以下简称304）不锈钢弯头本体开裂情况，制定了故障诊断试验方案，并请国内材料研究所对失效弯头进行了全面地分析，确定了不锈钢弯头的裂纹成因：开裂弯头在制造过程中因不当受热导致局部材质发生严重晶界脆化并开裂，在安装、开工及运行过程中裂纹发生沿晶脆性扩展最终引起泄漏。
1.弯头成型简述
现代工业中弯头应用非常广泛，在石油化工、天然气行业中十分常见。目前国内钢制管弯头成型制造常用的加工方法有：铸造法、冲压压型法、冲压-对焊法、冷热推制法[1]。本文开裂弯头采用冷推制法加工，目前冷推制法用弯头专用液压机冷推制生产有缝碳钢、不锈钢弯头的流程为：原材复检→钢板切割下料→卷管→焊接→校圆→推制、整形→热处理→切削加工→打磨喷砂→无损检测→酸洗钝化→外观检测→尺寸检验→标记。这其中最主要的成型工艺是切割下料、焊接、推制和热处理。冷推制弯头的成型装置见图1.1所示。主压力F使上模具1向下运动，上模1与下模2合模，推杆3在力F的作用下推动管坯4经由导向段进入型腔内，在芯棒5的作用下成形为弯头。
图1.1冷推制弯头成型装置
2.管件生产现状
不锈钢弯头广泛用于石化、电力等行业，它们要承受一定的压力和温度。若这些弯头存在严重的制造缺陷，会给生产或装置带来隐患或事故。目前国内管件生产厂有几百家，大多数生产厂职工人数不足百人，不能达到规模化生产，其设备保证能力和技术质量保证能力不足。有些厂热处理设备陈旧，没有相应的温度控制措施；有些厂甚至没有相应的资格证书，诸如此类，使得产品质量无法保证。
3.失效弯头的裂纹机理分析
为了保证304不锈钢具有良好的耐腐蚀性，须设法使它获得单相奥氏体组织，在生产上经常对不锈钢进行固溶处理，即将它加热至1050～1150℃，让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快冷，不让奥氏体在冷却过程中有析出或发生相变。304不锈钢的固溶处理可以固定碳, 避免Cr23C6在晶界析出造成晶界贫铬区，从而减轻晶界腐蚀。因为一般认为晶界区的贫铬是引起晶界腐蚀的原因, 也有人通过测定晶界附近化学成份的变化来对此加以说明[2]。然而, 固溶处理后, 当工件重新加热到约在450～850℃的温度区间时, 因碳原子扩散比铬快, 扩散到晶界附近的碳原子又会和那里的部分铬原子形成Cr23C6，即消耗一部分晶界处的铬而重新形成晶界贫铬区, 从而降低了晶界抗腐蚀能力, 这种现象称之为 “敏化”。
4.弯头裂纹的原因调查
净化装置一合成气管线发生泄漏，材质304、规格Φ457*18mm（制造标准SH/T3408）的管线弯头存在两处裂纹所致，如图。
图4.1弯头本体存在裂纹
现场实测弯头裂纹部位的局部表面硬度值达310HB，超出SH/T3408标准规定≤190HB的要求，而裂纹部位区域外的表面硬度均＜190HB。根据规范硬度指标，结合厂家对弯头制造过程回忆，弯头固溶处理后对弯头鼓包处进行局部火焰加热并强行反复锤击整形，致使该处硬度增高，强度增大，存在局部冷作硬化现象，这是导致弯头产生裂纹的直接原因。该弯头经现场试压后，使用在约-45℃低温、工作压力5.4Mpa的管道上，流体介质为氢气、一氧化碳混合气，这种工况极易诱发裂纹的延伸和扩大，随着时间推移和应力叠加，材料脆性断裂，造成了合成气泄漏。
5.改进措施
通过弯头裂纹的原因调查，今后为避免类似弯头开裂失效事件发生，我们应强化管件制造标准、供应商管理、采购监造环节的管理，确保管件制造质量，为装置安全平稳运行保驾护航。
5.1管件制造标准
许多管件厂都装备了生产本文弯头的专用液压机，并有成熟的冷推工艺，该生产方法工序过程简单，生产效率高，打磨工作量小，弯头加工余量小，产品精度高、质量好。但在我国管件制造标准SH/T3408《钢制对焊无缝管件》中对冷推工艺只是提出了一些检查和试验的要求，如产品外观检查、管件硬度抽查、无损检测等，因此各厂家在制造过程中推制工艺差别较大，致使一些厂家在制造过程中质量控制不严而导致裂纹的产生[3]，有一些弯头在使用过程中还会应各种原因而开裂。为了适应现代工业管件制造业发展步伐，制造出满足各种需求的产品，因此要识别不同加工工艺的重点控制环节及完善管件制造标准。
5.2加强供应商管理
供应商是指为企业生产和科研研发提供材料、设备、部件及其他资源的企业，供应可以是生产性的企业，也可以是流通性的企业。供应商管理是指企业以经济效益为目的对企业需用物资的供应厂商进行选择、考核、评比及不断优化的动态管理过程。
5.2.1 动态量化考核为依据
制定供应商动态量化考核管理规定，增强考核的针对性和可操作性。针对不同类型供应商及物资品种设置检查考核标准并量化处理，使考核人员能客观、量化地对供应商进行系统细致地评价，增强评价的可操作性和过程的可靠性。
5.2.2 考核结果指导采购业务
根据物资特点，针对不同专业或品种，分类别采取相应的措施，将业绩引导订货措施细化落实到采购业务中。采购量向考核得分高、业绩好的供应商集中，并定期组织人员检查业绩引导订货机制开展情况，扩大业绩引导订货品种。
5.2.3提高准入门槛
为了保证引入供应商质量，提高注册资金、固定资产准入标准额度，严格控制供应商准入审批。在供应商准入时，采购部门还要专门组织专家论证该供应商在产品技术、性能、制造工艺等方面是否为行业领先水平，若非行业优秀供应商，禁止准入。
5.3采购监造
第三方监造管理包括设备的生产全过程，驻厂监造实质上是把检验延伸到产品的生产过程中。更为严谨的做法是把这种检验一直延伸到产品原始材料的生产，这就从根本上控制了产品的质量。对工程项目具有长远的质量安全保证作用，但这种检验并不是建设方直接去进行，而是建设方委托有资质的第三方驻厂监造人员去进行。因此这种方法既能保证产品质量，又能保证检验的公正性。但中石化并非所有采购的设备、材料均采用监造，如本文失效弯头制造时未采用监造。
文章认为第三方驻厂监造的选择原则：一是监理公司应有国家注册监理工程师、一级建造师、造价工程师等专业人才配备；二是监理公司资质应以拥有化工石油工程监理甲级、设备监理单位资格证书等资质为优；三是监理公司专业技术人员背景以石化工程建设领域为优，从事过石化工程监理，石化设备监造，石化装置建设、检修和改造等工作。
参考文献:
[1]向延平等.弯头管件的冷推制成形工艺.广船科技.2011年第2期
[2]张锦淮等.冷变形对18-8型奥氏体不锈钢晶界腐触敏感性的影响. 东北重型机械学院学报.1987年12月
[3]王爱岐等.无缝弯管的复检.压力容器.2000年第5期
[4]中华人民共和国工业和信息化部.SH/T3408-2012石油化工钢制对焊管件[S].北京:中国石化出版社,2012.
论文作者:刘进
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/4
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