Page 61 - 理化检验-物理分册 2021年第六期
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DOI : 10.11973 / lh jy -wl202106010
电子探针测试胀裂失效不锈钢换热器管中的氮元素
赵同新,王宜权,崔会杰,孙友宝,黄涛宏
[ 岛津企业管理( 中国) 有限公司 分析中心,上海 200233 ]
摘 要: 某 2205 双相不锈钢换热器管在胀管连接工艺中出现了裂纹, 使用电子探针( EPMA ) 分
析了该换热器管的失效原因。结果表明: 局部的强奥氏体形成化元素氮的富集导致此处出现了异
常的组织分布, 原本两相组织含量相近的位置形成了粗大的奥氏体单相区, 其塑性和强度均比正常
组织差。在加工过程中微裂纹萌生, 最终导致换热器管发生胀裂。
关键词: 双相不锈钢;失效分析;电子探针;氮元素;异常组织
中图分类号: TG115 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 06-0045-03
EPMATestofNitro g eninStainlessSteelHeatExchan g erTube
withEx p ansionCrackFailure
ZHAOTon g xin WANGYi q uan CUIHui j ie SUNYoubao HUANGTaohon g
Anal y ticalA pp licationsCenterofSHIMADZU China Co Ltd Shan g hai200233 China
Abstract : Cracksa pp earedintheex p ansionp rocessofa2205du p lexstainlesssteelheatexchan g ertube.The
failurecausesoftheheatexchan g ertubewereanal y zedb y electronp robemicroanal y zer ( EPMA ) .Theresultsshow
thattheenrichmentoflocalstron gausteniteformin gelementnitro g enledtoabnormalmicrostructuredistribution
here.Thesin g le- p hasezoneofcoarseaustenitewasformedatthe p ositionwherethecontentoftwo- p haseshouldbe
similar , anditsp lasticit yandstren g thwereworsethanthenormalmicrostructure.Inthep rocessofmachinin g ,
microcracksinitiatedandeventuall y ledtotheex p ansioncrackoftheheatexchan g ertube.
Ke y words : du p lex stainless steel ; failure anal y sis ; electron p robe micro anal y zer ; nitro g en element ;
abnormalmicrostructure
超轻元素一直以来都是微束分析中的 一个难 不锈钢的双重特征。具有抗点蚀、 抗晶间腐蚀、 抗应
点, 其中最主要的一个原因是超轻元素的特征 X 射 力腐蚀以及较好的强度、 韧性和焊接性能等特点, 而
线能量较低、 穿透性较差, 被电子束入射源激发产生 且节约了镍, 可降低成本, 应用范围十分广泛。自牌
的特征 X 射线信号大部分被试样基体吸收, 少量从 号 2205 双相不锈钢推出以来, 由于氮元素的增加和
基体出射的信号需要被高灵敏度、 大晶面间距的分 碳元素的有效控制, 成为第二代双相不锈钢的主要
光晶体分光后才能被特征 X 射线计数器检测到 [ 1 ] 。 品种, 广泛应用于石油、 天然气、 造纸、 造船、 化工、 海
随着技术的发展和进步, 现代的电子探针已经能够 洋平台、 能源热交换器、 淡水处理等使用环境对材料
很好地应对超轻元素的测试, 只是测试过程中的注 要求一定的耐压和抗强腐蚀等苛刻条件下运行的设
意事项相对其他元素要更多一些 [ 2-7 ] 。 备和设施上。
奥氏体 - 铁素体双相不锈钢, 其组织由铁素体 + 某采用 2205 双相不锈钢制造的换热器管件, 在
奥氏体构成, 这类钢增加了铬元素的含量, 或添加了 使用液压胀管工艺实现管束和管板的连接时发生换
其他铁素体形成元素, 兼有奥氏体不锈钢与铁素体 热管管壁胀裂现象。所用的换热管为挤压无缝钢
管, 胀管工艺前已检查, 未发现裂纹。为了查明胀裂
收稿日期: 2020-07-22
的原因, 使用岛津 EPMA-1720 型电子探针对此失
作者简介: 赵同新( 1983- ), 男, 工程师, 主要从事电子微区分析
效件进行分析。
仪器在材料测试中的应用工作, sshztx@shimadzu.com.cn
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