Page 65 - 理化检验-物理分册2022年第八期
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汤鹏杰, 等: S30408 不锈钢法兰开裂原因


                 由于法兰工作温度为 -10~10 ℃ , 这个温度远                    显微组织为孪晶奥氏体, 大量碳化物沿晶界析出, 呈

            低于敏化温度, 说明法兰材料在制造过程中已经发生                           敏化态。与管道对焊时, 其颈部受热, 导致敏化加
            敏化, 并非长期服役所致。通过显微组织对比发现,                           剧, 晶界脆化。在焊接残余应力和工作压力的作用
            颈部显微组织敏化程度高于端面, 说明法兰在与管道                           下, 颈部逐渐萌生沿晶微裂纹。随着时间的推移, 微
            对焊时, 其颈部受热, 在敏感温度区停留时间过长, 导                        裂纹扩展汇聚形成宏观裂纹, 导致法兰贯穿开裂。

            致敏化程度加剧, 沿晶碳化物增多, 逐步呈网状分布。                             ( 2 )建议增加法兰的抽检批次和数量, 除标准规
                 由断口分析可知, 法兰颈部发生沿晶断裂。研                         定外, 也可从显微组织、 晶粒度、 夹杂物等检验环节把
                                                               控产品质量, 避免使用不合格法兰。后期焊接时, 也
            究表明, 奥 氏 体 不 锈 钢 敏 化 后, 晶 界 析 出 的 M 23 C 6
            碳化物能够降低界面的结合强度, 从而引起材料冲                            应控制敏化温度的停留时间, 降低材料的敏化倾向。
            击吸收能量和塑性的降低, 受外力后容易产生沿晶
                                                               参考文献:
            裂纹, 断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂                   [ 6-7 ] 。另
            有文献指出, 奥氏体不锈钢以沿晶形式断裂一般有                             [ 1 ]   潘家祯 . 压力 容 器 材 料 实 用 手 册———碳 钢 及 合 金 钢
            3 种情况, 即纯力学因素、 晶间腐蚀或应力腐蚀                   [ 8 ] 。      [ M ] . 北京: 化学工业出版社, 2000.
            纯力学因素造成的沿晶断裂主要是由晶界沉淀和晶                              [ 2 ]   李友胜 . 应力控制 下 06Cr19Ni10 钢 低 周 疲 劳 断 裂 特
            界吸附造成的晶界脆化所致。能谱分析结果显示:                                  性的研究[ J ] . 热加工工艺, 2017 , 46 ( 16 ): 72-79.
                                                                [ 3 ]   姜爱华, 陈 亮, 丁 毅, 等 .304 不 锈 钢 晶 间 敏 化 行 为
            断口表面腐蚀产物以铁的氧化物为主, 未见氯、 硫等
                                                                    [ J ] . 腐蚀与防护, 2013 , 34 ( 5 ): 423-425.
            腐蚀性元素, 说明法兰贯穿开裂与晶间腐蚀和应力
                                                                [ 4 ]   朱江 . 激光共聚焦扫描显微镜原位观察奥氏体不锈钢
            腐蚀无关, 应为力学因素造成的开裂。法兰正常服
                                                                    的敏化过程[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2016 , 52 ( 2 ):
            役后, 除承受焊接造成的残余应力外, 主要承受较大
                                                                    83-87 , 91.

            的工作压力( 管道工作压力为 3.8MPa )。由金相检                        [ 5 ]   李奎元, 王恋, 强馨梦 . 不锈钢蒸煮锅夹套裂纹失效分
            验结果可知: 法兰属于多源开裂, 内外壁均 有裂纹                               析[ J ] . 中国特种设备安全, 2009 , 25 ( 2 ): 47-49.
            源, 说明管道压力波动也是开裂的重要原因, 因此由                           [ 6 ]   王庆田, 胡 朝 威, 冷 晓 春, 等 . 核 反 应 堆 堆 内 构 件 用
            焊接造成的残余应力和管道工作压力是引起法兰开                                  304H 奥氏体不 锈 钢 敏 化 非 腐 蚀 条 件 下 的 性 能 研 究
            裂的力学原因。                                                 [ J ] . 热加工工艺, 2018 , 47 ( 22 ): 101-105.

                                                                [ 7 ]   任涛林, 王辉亭, 文道维, 等 . 晶界析出碳化物 M 23 C 6
            3  结论与建议                                                对护环用奥氏体不锈钢 1Mn18Cr18N 力学性能的影
                                                                    响[ J ] . 大电机技术, 2014 ( 3 ): 44-49.

                 ( 1 )法 兰 材 料 的 碳 元 素 含 量 超 标, 不 符 合
                                                                [ 8 ]   朱晓东, 艾 志 斌, 李 蓉 蓉 .1Cr18Ni9Ti不 锈 钢 封 头 失

            NB / T47010 — 2010 对 S30408 不 锈 钢 的 要 求。 其
                                                                    效分析[ J ] . 压力容器, 2004 , 21 ( 6 ): 38-42.
                                                                                                                
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                                                               参考文献:
            撞, 最终造成断口扩展区表面层的受压变形与磨损。
            由于裂纹逐渐扩展, 开裂面积不断增大, 最后当剩余                           [ 1 ]   王荣 . 风能发 电 机 组 结 构 件 的 失 效 分 析 与 预 防 ( 续




            面积上所受的拉应力超过材料的强度时, 就发生了                                 完)第 3 讲 轴 承 的 失 效 分 析 与 预 防 [ J ] .理 化 检 验

            瞬时断裂     [ 1-5 ] 。                                      ( 物理分册), 2019 , 55 ( 12 ): 815-823.

                                                                [ 2 ]   余世杰, 龚丹梅, 陈猛, 等 .42CrMo 钢三棱螺旋钻杆
            3  结语与建议                                                接头断裂原因分析[ J ] .理化检验( 物理分册), 2020 ,


                 ( 1 )轴箱端盖在疲劳断裂早期所发生的断裂属                            56 ( 5 ): 52-55.

                                                                [ 3 ]   朱泽晓, 朱江, 李振华 .某加工中心刀塔芯轴断裂 原
            于应力集中导致的多源性振动疲劳断裂, 应力集中
                                                                    因分析[ J ] .理 化 检 验 ( 物 理 分 册), 2020 , 56 ( 5 ): 59-
            是由螺栓沉头孔上的尖角受到较高的应力引起的。
                                                                    62.

                 ( 2 )建议将轴箱端盖侧弯板上的两个沉头螺栓                        [ 4 ]   孟凡西, 闫行 义 .55CrSi钢 气 门 弹 簧 断 裂 原 因 分 析

            孔改成平面凸台, 以减少应力集中, 并调整调质热处                               [ J ] .理 化 检 验 ( 物 理 分 册), 2009 , 45 ( 7 ): 446-447 ,

            理的回火温度, 以提高材料的强度。                                       466.
                                                                [ 5 ]   虞祯君 . 发动机凸轮 轴 正 时 带 轮 紧 固 螺 栓 断 裂 原 因

                                                                    分析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 1 ): 41.
                                                                                                         4 9
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