国标不锈钢法兰分类与处理方法

不锈钢法兰以化学成分分类：1、CR系列：铁素体系列、马氏体系列 2、CR-NI系列：奥氏体系列，异常系列，析出硬化系列。

不锈钢法兰以金相组织的分类：1、 奥氏体不锈钢 2、铁素体不锈钢 3、 马氏体不锈钢 4、双相不锈钢 5、沉淀硬化不锈钢

不锈钢法兰有以下几种材质：

1、材质301-延展性好，用于法兰成型产品，也可通过机械加工使其迅速硬化，焊接性好，抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

2、材质302-耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。

3、材质303-通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

4、材质304-通用型号;即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。

5、材质309-较之304有更好的耐温性。

6、材质316-继304之后，*二个得到较广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

7、材质321-除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。400 系列-铁素体和马氏体不锈钢。

8、材质408-耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。型号 409-较廉价的型号(英美)，通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢(铬钢)。型号 410-马氏体(高强度铬钢)，耐磨性好，抗腐蚀性较差。

首先，对开裂法兰进行了化学成分分析
分析结果表明，该法兰及焊接材料的化学成分均符合相关标准要求。对该法兰颈部外表面及密封面分别进行布氏硬度测试，其布氏硬度测试值符合JB4728-2000标准要求。
在材料化学成分合格、硬度检测合格、管道安装符合技术要求、耐压试验操作规范的前提下，管道法兰在耐压试验过程中开裂，说明产生的缺陷与法兰的内部组织结构或其他未知因素有关。
2 裂纹性质分析
2.1 表面裂纹形貌
将该泄漏法兰从管道上切割下来，对其进行全面宏观检查，发现法兰内表面存在裂纹，较长为3mm，宽为0.5mm，裂纹及其附近已经产生锈渍;法兰螺栓孔内表面也发现较多裂纹;法兰密封面及其他位置发现多处非金属夹杂物，个别非金属夹杂物因脱落在法兰密封面表面形成小凹坑，凹坑较大为 2.0mm，较小为 0.8mm，凹坑的边缘有肉眼可见的微小裂纹。
对同厂家、同批次的其他奥氏体不锈钢法兰进行现场宏观检查，发现多件法兰存在不同程度的缺陷，有的法兰外表面存在肉眼可见的明显裂纹。宏观检查结果进一步表明，法兰泄漏与法兰本身因素有关系。
2.2 剖面裂纹形貌
为进一步探求法兰泄漏的真正原因，随机选择一件同厂家、同批次，且密封面上因非金属夹杂物脱落而形成小凹坑的平焊法兰，对其进行解剖，将其分成大小不均的三份，仔细观察其剖面发现，法兰的6个剖面中有4个剖面有肉眼可见的裂纹，裂纹几乎贯穿整个剖面。
选择其中一个剖面，经粗磨、细磨、腐蚀后观察，裂纹更加明显，几乎贯穿了整个剖面。裂纹具有一定的宽度，大多裂纹空隙处噙含黑色非金属夹杂物，其中有一处夹杂物距离法兰密封面约3.0mm，直径约 2.5mm，夹杂物上部至密封面有明显的补焊痕迹，补焊面积约380mm2，补焊深度达3.0mm。
在这条新建的工艺管道上，使用的管道组成件并非是利旧品，而是新购进的产品，在法兰剖面上发现了多处噙含非金属夹杂物的裂纹，可以初步判定：裂纹的产生与大量存在的非金属夹杂物有关。而剖面上的补焊痕迹，却是一种令人费解的、非常不正常的现象。
2.3 金相组织分析
为进一步探求裂纹产生的原因，弄清楚新购买的法兰在组焊到管道上之前是否真的经历了补焊，对法兰剖面裂纹位置进行金相检验。
取1中所述试件，对法兰剖面上有补焊痕迹的位置进行细磨、抛光，在100倍显微镜下观察，裂纹更加清晰，较长的裂纹内部含有体积较大的条状非金属夹杂物(见图2)及剖面上弥散的点状非金属夹杂物;裂纹尖端秃钝，裂纹两侧未见明显异常现象;该处金相组织含枝晶状奥氏体，是典型的奥氏体不锈钢焊接接头组织。

3 裂纹成因分析

3.1 大量存在的非金属夹杂物，是裂纹产生的根源
由于制造法兰的锻坯内存在大量的非金属夹杂物，在锻制过程中，体积型夹杂经反复锻制，变成面积型夹杂，使材料内部产生了沿夹杂物尖端的锻制裂纹。体积较大的夹杂物锻制后变成了尺寸较大的裂纹;体积较小的夹杂物锻制后变成了尺寸较小的微裂纹。这些裂纹大多是埋藏裂纹。
锻坯经过机加工后，埋藏裂纹有的变成了表面裂纹，这就是宏观检查中发现法兰内外表面、螺栓孔内存在较多的微裂纹的原因。对于法兰表面尺寸较大的裂纹，为了能让产品出厂，生产厂家采取了打磨→消除表面裂纹→补焊→再次机加工等手段，使法兰外观上看起来没有明显的缺陷。这就是法兰补焊面积380mm2、补焊深度3mm的原因。
3.2 锻制裂纹在试验压力作用下进一步扩展，致使法兰较终泄漏
大量存在的非金属夹杂物，会降低材料的塑性和韧性，裂纹内部的夹渣使裂纹的尖端产生应力集中，法兰无法承受外加载荷，致使在耐压试验过程中，试验压力刚刚达到0.6MPa，法兰便开裂泄漏。
3.3 焊缝裂纹分析
现场对法兰、尾水锥管进行了光谱检验，化学成分符合304不锈钢的成分要求。
法兰与尾水管焊接处存在焊缝裂纹主要是由于焊接过程中根部存在未焊透。焊接过程中如果采用焊条电弧焊，层道之间未清渣，造成焊缝中存在大量的夹渣。检修过程中发现的焊缝缺陷正是引起焊缝裂纹的原因，尤其是根部未焊透，此类缺陷为危害性缺陷，在运行过程中会**焊透部位产生裂纹，从而引起开裂。

4 解决方案

4.1法兰替换
为了避免法兰制造过程中出现晶腐蚀，对于锻造法兰的制造过程进行了限定，要求终锻温度不低于850℃，锻造的平台要进行预热。锻造加热过程中应采取措施避免渗碳，避免火焰直接喷射到毛坯上，使钢增碳或使晶界贫铬，增加晶间腐蚀的敏感性。锻造后的冷却应进行快冷，尤其是在敏化温度附近。锻造后的固溶处理温度应为1000-1150℃，为防止晶粒过分长大，固溶处理温度不宜过高，保温时间不宜过长，固溶处理后应采取快冷措施。
4.2焊接返修
焊接返修时采用焊条电弧焊，焊接时为了避免焊接接头在敏化温度停留，采用小电流、快速焊限制热输入量，控制一次成型的焊缝宽度。严格控制层间温度不**过150℃，为了控制层间温度，如果有条件可以采取焊缝背后通水的方法强制降低焊接接头的温度，层道之间用机械方法消除焊渣。为了保证焊接质量，中间进行一些渗透检测，全部焊满后24h无损检测合格。