鋼管亀裂の原因、シナリオおよび防止策の分析

鋼管の亀裂の本質は、内部応力が材料の降伏強度/破壊靭性よりも大きいことです。さらに、材料欠陥、プロセス欠陥、過度の外力、環境腐食の 4 つの主な原因があります。

微視的な結晶粒割れから微視的な亀裂の拡大、巨視的な亀裂まで、縦割れ、横割れ、円周割れ、端割れ、溶接割れの 5 つの形態で発生します。{0}}

1. 重大な-関連の理由（固有の欠陥）

1. 原料中の介在物・相偏析
鉄鋼の製造中に、硫黄、リン、酸素、水素の含有量が基準を超えると、硫化物や酸化物が蓄積し、金属粒子の連続性が損なわれ、亀裂の発生源となります。炭素当量が高すぎると、鋼が脆くなり、靭性が低下し、低温割れが発生しやすくなります。

2. 不十分な金属組織
結晶粒が粗大で、縞模様の組織、ビッカース組織、硬化したマルテンサイトの硬くて脆い組織で、塑性が著しく低下し、わずかな応力でも亀裂が発生します。

3. 不均一な肉厚、過度の楕円率
パイプの片面は厚く、もう一方の面は薄くなっているため、薄肉部分に応力が集中し、応力がかかると亀裂が優先的に発生します。{0}}

4. 水素-による亀裂（最も一般的）
鉄鋼の製造中に、酸洗浄、溶接、電気めっきのプロセスで水素が吸収され、水素原子が格子に侵入し、蓄積して内部圧力が形成され、結晶粒に亀裂が入り、主に遅延亀裂として現れます。

2. 製造プロセスの理由（製造後の欠陥）-

1. 不適切な熱間圧延・冷間引抜加工

• 加熱・冷却温度が高すぎる：過熱により結晶粒が粗大化し、鍛造が不完全になります。温度が低すぎると、可塑性が低下し、圧延中に直接裂けてしまいます。
• ローリングの過度の減少: 1 回のパスごとの過度の変形は材料の許容限界を超え、内部の層形成や微小亀裂の原因となります。-
• 冷間引抜では中間焼鈍なし： 極度の冷間加工硬化、過度の残留引張応力、および保管中および切断中の自然亀裂。

2. 溶接鋼管の欠陥
スパイラル溶接、ストレートシーム溶接：溶け込み不足、スラグ混入、ガス気孔、アンダーカット、溶接ビード、溶接部が弱い部分、応力集中により直接亀裂が発生する。過度の溶接入熱、熱影響部の脆化。-

3. 不適切な熱処理
焼きならしおよび焼きなまし中の冷却が速すぎると、焼入れ応力が発生します。焼き戻しが不十分で残留応力が解放されていないため、ゆっくりとした亀裂が発生します。

4. 切断・面取り・面取り加工
鋸引きや火炎切断により熱応力と硬化層が発生し、その結果、端部に微小な亀裂が発生し、その後拡大していきます。

3. ストレスと外力の原因
1. 残留内部応力
圧延、溶接、冷間引抜き後、内部応力が緩和されていません。鋼管は内部に独自の引張応力を持っており、外力がなくても自然に亀裂が発生します。

2. 外力による機械的過負荷
吊り上げや設置時の圧縮、衝撃、曲げ、不均一な力の分布、および鋼管の設計降伏強度を超える。

3. 応力集中
パイプ開口部の切り欠き部分で発生する亀裂、ピットの原因となる傷、ねじ加工による鋭利な角、肉厚の急激な変化など。局所的な応力が数倍に増大し、直ちに亀裂が発生します。

4. 環境や媒体の腐食・劣化の原因
1. 低温脆化-
低{0}}低合金鋼パイプと低合金鋼パイプは、極低温では衝撃靱性が大幅に低下します。わずかな振動や衝撃でも脆性破壊や亀裂を引き起こす可能性があります。

2. 腐食割れ

• 応力腐食: 水分、酸、アルカリ、塩化物イオン + 引張応力により、応力腐食割れ (SCC) が発生します。
• 粒界腐食: 媒体が粒界を侵食し、徐々に亀裂を引き起こします。
• 水素腐食、硫化物腐食 (油田および石炭化学パイプライン システムで一般的)。

1. 製造時の割れ

• 熱間圧延および穿孔中:パイプビレットは温度が低く、介在物が多く含まれているため、ピアス先端で直接裂けてしまいます。
• ローリングプロセス中:過度の減圧、ガイドローラーの調整不良により管壁に縦割れが発生します。
• 冷間引抜生産中:金型の潤滑不良、過度の変形、焼きなましの失敗により、絞り加工中に亀裂が発生します。
• 溶接形成中:溶接の形成不良、溶接電流と電圧の不一致、溶接の即時の亀裂。
• 矯正プロセス中:矯正ローラーに過度の圧力がかかり、パイプが潰れ、横割れが発生します。

2. 保管・輸送時の亀裂

• 冷間引き抜きパイプや溶接パイプは応力除去が施されていないため、屋外保管中の急激な温度変化により熱膨張と収縮が発生し、亀裂が発生します。
• 輸送中や吊り上げ中の不適切な結合や不当なパディングポイントにより、局所的な圧縮や摩耗が発生し、亀裂が発生します。
• 湿気、雨、錆び、腐食にさらされると、表面の微小な亀裂が徐々に拡大します。-

3. 後処理クラッキング-

• 火炎切断やパイプ端の研削、熱衝撃により端亀裂が発生します。
• ねじ切り、ねじ切り、溝加工などの切削応力と鋭いコーナー応力が重なり割れにつながります。
• ランダムに切り詰めたり、荒くノックしたりする振動により、既存の微小亀裂が増幅されます。-

4. 設置中および使用中の亀裂

• パイプを強制的に位置合わせし、接続のために強く引っ張ると、取り付けに引張応力が発生します。
• 耐圧設計圧力の超過、ウォーターハンマー衝撃、急激な圧力の増減。{0}
• 低温の屋外で断熱材なしで使用すると、脆性破壊が発生します。
• 埋設管の基礎沈下、吊り荷、土壌腐食。
• 高温-条件: 長期にわたる高温クリープ、粒子の滑りにより亀裂が発生します。-高温と低温の交互サイクル、熱疲労亀裂。

1. 原材料の管理（亀裂の発生源からの防止）

1. 製鋼成分を厳密に管理: 硫黄とリンを削減し、炭素当量を管理し、水素含有量を厳密に管理し、適格なビレットを選択し、スクラップ鋼やその他の不純物のランダムな混合を回避します。

2. A入荷するすべてのビレットは探傷を受ける必要があります: 超音波/誘導探傷、内部介在物、層状欠陥、収縮欠陥を除去します。

3. ユニビレットの成形加熱: 炉を一定速度で段階的に加熱し、局所的な過熱や加熱不足を回避し、均一な微細構造を達成するために十分な保持時間を確保します。

2. 圧延・冷間引抜工程の調整
1. 正確な温度制御
熱間圧延では、脆性領域を避けるために初期圧延温度と最終圧延温度が厳密に制御されます。低温環境では、ビレットの加熱温度が適切に上昇します。{0}

2. 削減額の合理的な配分
1 回の圧延変形量を減らし、小さな減少で複数のパスを使用して、一度に過度の応力がかかるのを防ぎます。ロールとガイドの間隔を最適化して、均一な肉厚を確保し、楕円率の要件を満たします。

3. 冷間引抜加工における亀裂防止-
冷間引抜きの前に、加工硬化を除去するために球状化焼鈍を実行します。金型を研磨し、摩擦応力を軽減するために十分な潤滑を提供します。複数のパスの絞り加工を使用し、途中でアニーリングプロセスを追加します。

3. 溶接鋼管の特別な亀裂防止対策-
1. 溶接電流、電圧、溶接速度を適正にし、溶け込み不足、アンダーカット、スラグの巻き込みを防止してください。
2. 溶接前に予熱し、溶接後はゆっくり冷却してください。高炭素鋼/合金鋼パイプは、溶接後に応力を緩和するために焼き戻しを行う必要があります。
3. 溶接継ぎ目でインライン超音波探傷および X- 探傷を実施し、亀裂のある鋼管を直ちに除去します。

4.応力除去のための熱処理（主要工程）
1. 冷間引き抜きパイプ、-肉厚パイプ、合金パイプは、圧延や溶接による残留応力を解放するために応力除去焼きなまし/焼きならしを行う必要があります。
2. 冷却速度を制御します。空冷や急冷は厳禁です。構造の硬化を避けるために、炉冷却を使用し、ピット内でゆっくりと冷却します。

5. 後処理と矯正制御-
1. 矯正ローラーの圧力を微調整して、過剰な矯正によって横方向の亀裂が発生するのを防ぎます。-まっすぐにした後は再検査してください。-
2. 火炎切断によるパイプ口の直接燃焼を避けるために、パイプ口の丸み付けと面取りには低速処理を使用します。-代わりに、機械的な鋸引きを使用して熱亀裂を減らしてください。
3. 加工後のパイプ口部に丸みを持たせ、鋭利な角や隙間による応力集中を解消します。

6.オンライン品質検査
-全プロセスの渦電流、超音波、静水圧試験を実施して、微小亀裂を事前に検出し、亀裂のある製品が生産ラインから流出するのを防ぎます。-

1. タイプの選択と互換性 (最初に適切なパイプを選択します)
1. 低温環境:{1}}低温衝撃に強い鋼管（Q355C/D/E など）を選択し、通常の低炭素鋼の使用は避けてください。{0}{2}
2. 腐食性媒体 (酸、アルカリ、化学物質、海辺):亜鉛メッキパイプ、ステンレス鋼、耐食合金パイプを選択してください。-一般的な炭素鋼管は応力腐食割れを起こしやすいです。
3. 高圧-および高温-条件:肉厚でシームレスな鋼管を選択してください。{0}薄肉溶接パイプを代替品として拒否します。-

2. 保管および輸送に関する注意事項
1. 完成した鋼管を平らに保管し、吊り下げたり、一点応力がかからないようにしてください。-直接の強い接触や圧迫を防ぐために、層状の木製サポートを使用してください。
2. 雨の日にはカバーをかけて、雨にさらされることによる錆びや急激な温度変化による亀裂を防ぎます。酸やアルカリによる腐食のある環境から遠ざけてください。
3. 輸送および吊り上げには、柔軟な吊り上げベルトを使用してください。スチールワイヤーロープで管口や本体を直接押さないでください。乱暴な取り扱いや衝撃は厳禁です。

3. 切断・二次加工
1. 可能な限り機械的な冷間切断を使用し、火炎による熱間切断の使用を最小限に抑えます。火炎切断が必要な場合は、切断後に硬化層と微小亀裂を除去してください。-
2. ねじ切り、溝加工後、加工時の鋭利な角部の応力集中を解消するため、面取り、角丸加工を施します。
3. 加工後の鋼管の応力が高い場合には、応力を緩和するために局所焼鈍を行うことができます。

4. 設置工事仕様書

1. パイプラインの設置は、無理に位置を合わせたり、無理に引っ張ったり、押したりして行わないでください。取り付け時の残留引張応力を避けるために、十分な熱膨張余裕を残してください。
2. サポートとベアリングの間隔は、パイプラインが力を受けて吊り下げられたままになったり、沈んだり、曲がったりしないように、規制に準拠する必要があります。
3. 高温-のパイプラインの場合は、熱膨張と収縮を補償し、熱応力による亀裂の発生を防ぐために伸縮継手を取り付ける必要があります。

5. 運用および保守の保護
1. ウォーターハンマーや急激な圧力変動を避けるため、圧力や負荷の制限を超えて運転しないでください。
2. 脆性亀裂を避けるために、低温パイプラインを断熱して凍結を防止します。-冬にはパイプラインへの直接衝撃やノックを禁止します。
3. 土壌の塩化物イオン、酸、アルカリを腐食から隔離するために、埋設パイプラインに防食コーティングと陰極防食を適用します。-
4. 定期検査：溶接部、配管開口部、エルボ部（応力が最も高く、亀裂が最も発生しやすい箇所）を重点的に検査し、軽微な亀裂があれば速やかに切断して交換し、パイプラインの拡大や破断を防ぎます。

1. ひび割れの根本原因:材料欠陥 + 残留応力 + 不適切なプロセス + 外力 / 低温 / 腐食の組み合わせ。

2. クラックが発生しやすいシナリオ:生産圧延/溶接、冷間引き抜き硬化、切断熱衝撃、低温使用、腐食環境、強制設置。-

3.クラックの発生防止：原材料の管理、温度の管理、適切な圧下、溶接後の熱処理、応力除去、オンライン探傷-、-

4.使用時のひび割れ防止：適切な材料の選択、丁寧な保管と輸送、冷間切削加工、標準化された取り付け、圧力の制御、腐食防止、凍結防止。-