Análisis de la grieta de la válvula de globo en la tubería principal de vapor de la caldera
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El proceso de tratamiento térmico del ZG20CrMoV requiere dos etapas de normalización y una de revenido. La primera etapa de normalización tiene como objetivo homogeneizar los diversos componentes y disolver los carburos al máximo, con un rango de temperatura de 940 a 960 °C. La segunda etapa de normalización tiene como objetivo refinar los granos, con un rango de temperatura de 920 a 930 °C. Finalmente, el revenido dentro del rango de temperatura de 690 a 710 °C da como resultado una estructura relativamente estable y elimina la tensión interna. Los fabricantes de válvulas generalmente utilizan hornos de carbón para el tratamiento térmico del cuerpo de la válvula. Normalmente, se colocan docenas de cuerpos de válvula en un solo horno. Dado que los termopares están instalados en las paredes a ambos lados del horno, la temperatura medida refleja la temperatura del horno en lugar de la temperatura real de los cuerpos de la válvula, que es mucho menor. Como resultado, no se logra el tratamiento térmico deseado. Los principales problemas incluyen la baja plasticidad de la estructura fundida, la plasticidad no conforme de la válvula, una estructura metalográfica anormal y una tenacidad al impacto extremadamente baja. Con base en los resultados del análisis metalográfico y de dureza, un proceso de tratamiento térmico inadecuado provocó la estructura metalográfica anormal y la alta dureza de .
El contenido normal de Si en ZG20CrMoV oscila entre el 0,17 % y el 0,37 %. Cuando el contenido de Si supera el límite superior, tanto la resistencia como la tenacidad disminuyen simultáneamente. Durante la adición de elementos, impurezas como el elemento P son especialmente fáciles de introducir. En el proceso de revenido del tratamiento térmico, la segregación de impurezas como el P en los límites de grano puede acelerarse fácilmente, lo que aumenta la propensión del material a la fractura.
La fórmula para calcular el equivalente de carbono, según lo recomendado por la Asociación Internacional de Soldadura, se muestra en la Fórmula (1):
Nota: Los símbolos de los elementos en la Fórmula (1) representan la fracción de masa de cada elemento.
La fórmula (1) se aplica principalmente a aceros de baja aleación y alta resistencia, no templados ni revenidos. Cuando el espesor es inferior a 20 mm y Cp.ej < 0,40%, el acero presenta poca tendencia al endurecimiento, posee buena soldabilidad y no requiere precalentamiento. Cuando Cp.ej = 0,40% a 0,60%, especialmente cuando Cp.ej > 0,5 %, el acero es propenso al endurecimiento y requiere precalentamiento antes de soldarlo. El método se utiliza para evaluar indirectamente la tendencia del acero a la dureza frágil en condiciones de soldadura refrigerada por aire. Para el acero ZG20CrMoV, basado en el porcentaje promedio de cada elemento, el carbono equivalente Cp.ej Se calcula en 0,692. Además, debido al considerable espesor de pared, el acero presenta una fuerte tendencia al temple, lo que significa que es susceptible a desarrollar una estructura endurecida o grietas en frío en el material base después de la soldadura y en la zona afectada por el calor. Este acero fundido presenta baja soldabilidad, y una soldadura inadecuada puede causar grietas en la zona afectada por el calor, lo que hace esencial el precalentamiento antes de soldar. Sin embargo, la temperatura real de precalentamiento durante el proceso de soldadura fue insuficiente; el método de calentamiento no cumplió con los requisitos del proceso. Las unidades pertinentes no proporcionaron una capacitación adecuada previa al trabajo al personal de soldadura; el personal de soldadura carecía de un conocimiento completo del proceso de soldadura y no se implementaron las medidas de monitoreo necesarias, todo lo cual puede conducir a la formación de grietas.
En este artículo se analizan las grietas en la válvula de globo de la tubería principal de vapor de una caldera en construcción en una empresa específica a través de una investigación in situ, análisis de elementos químicos, análisis de estructura metalográfica, pruebas de dureza, pruebas de propiedades mecánicas, análisis de microscopio electrónico de barrido y otros métodos, y se extraen las siguientes conclusiones:
Nota: Los símbolos de los elementos en la Fórmula (1) representan la fracción de masa de cada elemento.
La fórmula (1) se aplica principalmente a aceros de baja aleación y alta resistencia, no templados ni revenidos. Cuando el espesor es inferior a 20 mm y Cp.ej < 0,40%, el acero presenta poca tendencia al endurecimiento, posee buena soldabilidad y no requiere precalentamiento. Cuando Cp.ej = 0,40% a 0,60%, especialmente cuando Cp.ej > 0,5 %, el acero es propenso al endurecimiento y requiere precalentamiento antes de soldarlo. El método se utiliza para evaluar indirectamente la tendencia del acero a la dureza frágil en condiciones de soldadura refrigerada por aire. Para el acero ZG20CrMoV, basado en el porcentaje promedio de cada elemento, el carbono equivalente Cp.ej Se calcula en 0,692. Además, debido al considerable espesor de pared, el acero presenta una fuerte tendencia al temple, lo que significa que es susceptible a desarrollar una estructura endurecida o grietas en frío en el material base después de la soldadura y en la zona afectada por el calor. Este acero fundido presenta baja soldabilidad, y una soldadura inadecuada puede causar grietas en la zona afectada por el calor, lo que hace esencial el precalentamiento antes de soldar. Sin embargo, la temperatura real de precalentamiento durante el proceso de soldadura fue insuficiente; el método de calentamiento no cumplió con los requisitos del proceso. Las unidades pertinentes no proporcionaron una capacitación adecuada previa al trabajo al personal de soldadura; el personal de soldadura carecía de un conocimiento completo del proceso de soldadura y no se implementaron las medidas de monitoreo necesarias, todo lo cual puede conducir a la formación de grietas.
En este artículo se analizan las grietas en la válvula de globo de la tubería principal de vapor de una caldera en construcción en una empresa específica a través de una investigación in situ, análisis de elementos químicos, análisis de estructura metalográfica, pruebas de dureza, pruebas de propiedades mecánicas, análisis de microscopio electrónico de barrido y otros métodos, y se extraen las siguientes conclusiones:
- El tratamiento térmico de la válvula no cumple con la norma, lo que provoca la formación de una estructura martensítica, que reduce la plasticidad del material y aumenta su fragilidad.
- La adición de elementos químicos durante el proceso de fundición de la válvula no cumple con el estándar, lo que genera segregación en los límites de grano y hace que el material sea más propenso a fracturarse.
- La tubería de vapor principal y la válvula no se precalientan lo suficiente antes de soldar, lo que aumenta la probabilidad de que se produzcan grietas en frío.
Con base en las conclusiones anteriores, se formulan las siguientes recomendaciones:
- Para fabricantes de válvulas: (1) El acero utilizado en la fundición debe fundirse en un horno abierto o eléctrico, y deben seguirse estrictamente las normas de proceso pertinentes durante la fundición. (2) La composición química del acero terminado debe verificarse en cada horno, según el tipo de fundición. Si el contenido de elementos individuales en la pieza fundida excede los requisitos estándar, se debe realizar una prueba de propiedades mecánicas. Si las propiedades mecánicas se consideran adecuadas y se ajustan a los requisitos de uso de la pieza fundida, el departamento técnico correspondiente puede aprobar su uso. (3) La pieza fundida debe ir acompañada de un certificado de calidad (que incluya composición química, propiedades mecánicas y microestructura) al salir de fábrica.
- Para la unidad de construcción in situ: (1) Reemplazar la válvula de globo ZG20CrMoV con estructura metalográfica y dureza anormales en la obra y exigir al fabricante la entrega de los documentos de certificación de calidad correspondientes. De ser necesario, enviar personal al fabricante para presenciar el proceso de fundición y el tratamiento térmico. (2) Realizar la construcción in situ de acuerdo con las normas y especificaciones, reforzar la supervisión de la capacitación de los soldadores, el precalentamiento previo a la soldadura y los procedimientos operativos, y resolver cualquier problema de manera oportuna.
