Page 87 - 理化检验-物理分册2022年第十一期
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周宝瑜: 00Cr17Ni14Mo2 钢法兰裂纹的产生原因
素外, 主要含有氧、 磷等元素。 发生了应力腐蚀开裂。该法兰的使用环境为磷酸 +
1.4 金相检验 磷铵, 断口上含有大量的氧、 磷元素, 因此判定该裂
在开裂法兰断口处纵向截取金相试样, 经磨制、 纹为应力腐蚀裂纹。应力腐蚀开裂是金属零件在应
抛光后, 按照 GB / T10561 — 2005 《 钢中非金属夹杂 力( 施加的外应力或残余应力) 和腐蚀介质的作用下
物含量的测定 标准评级图显微检验法》 进行非金属 所引发的开裂 [ 2 ] 。
夹杂 物 评 级, 结 果 为 A1.5 级, B1 级, C1.5 级, 由化学分析结果可知, 该开裂法兰的碳元素含
D1 级。 量严重超标。碳元素含量过高使材料的耐腐蚀性能
将试样经三氯化铁 + 盐酸 + 乙醇溶液侵蚀后, 降低, 材料容易在拉应力及腐蚀介质的共同作用下
观察试样的显微组织形貌, 结果如图 5 所示。由图 发生应力腐蚀开裂。
5 可知: 试样基体组织为奥氏体 + 沿晶分布的碳化 法兰与管道的连接方式是将管子插入法兰内孔
物; 内孔表面有向焊缝部位扩展延伸的树枝状裂纹, 的适当位置, 然后进行搭焊。在该状态下, 法兰在
尾部有明显的分叉, 呈典型的应力腐蚀开裂特征 [ 1 ] , 90° 十字线方向上受到的拉应力最大, 此处局部微区
主裂纹及裂纹尾部两侧均可见较多沿晶界分布的二 产生滑移台阶, 破坏了表面的保护膜, 露出了新鲜的
次细裂纹。 合金表面。在滑移台阶附近的滑移带上, 堆积了大
量的位错, 少量合金元素和杂质原子在滑移带上析
出, 使得滑移台阶附近的金属活化, 成为了电化学腐
蚀的阳极, 保护膜未破裂区成为了阴极, 并在特定的
弱腐蚀介质中, 发生电化学腐蚀 [ 3 ] 。应力腐蚀开裂
的产生条件是材料受小应力的机械作用、 有滑移台
阶和电化学阳极, 而腐蚀的本质是化学作用。因此,
该法兰拉应力最大处满足机械 - 电化学反应假设理
论, 极易产生应力腐蚀裂纹, 该法兰裂纹主要发生的
位置也与之对应。磷酸与磷铵为敏感应力腐蚀介
质, 该环境条件易使 Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢发生电
化学腐蚀。
3 结论与建议
该法兰的开裂性质为应力腐蚀开裂, 产生原因
为: 法兰中的碳元素含量过高, 降低了材料的耐腐蚀
性能, 促使法兰发生应力腐蚀开裂; 材料在服役中存
在装配应力和残余应力, 服役环境符合产生应力腐
图 5 开裂法兰的显微组织形貌
蚀的介质条件。
1.5 力学性能测试 建议选择合适的材料和装配措施, 降低零件的
对开裂法兰取样进行力学性能测试, 结果如表 装配应力, 切勿强迫装配。使用时, 法兰间用衬垫密
2 所示。 由 表 2 可 知, 该 法 兰 的 硬 度 高 于 GB / T 封好, 避免与腐蚀介质直接接触。
1220 — 2007 的 要 求, 抗 拉 强 度 符 合 GB / T1220 —
参考文献:
2007 的要求。
表 2 开裂法兰的力学性能测试结果
[ 1 ] 胡世炎 . 机械失效分析手册[ M ] . 成都: 四川科学技术
项目 硬度 / HBW 抗拉强度 / MPa
出版社, 1989.
实测值 198 749
标准值 ≤187 ≥480 [ 2 ] 陈渝 . 天然气钻杆悬挂器断裂分析[ J ] . 理化检验( 物
理分册), 2012 , 48 ( 7 ): 483-490.
[ 3 ] 田永江 . 金属材料的断裂失效分析[ M ] . 北京: 北京航
2 综合分析
空学院, 1982.
由宏观观察和断口分析结果可知, 该开裂法兰
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