Page 37 - 理化检验-物理分册2023年第六期
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李家兴, 等: 不锈钢波纹管膨胀节开裂原因
质包括氯甲烷( 质量分数为 92.21% ), 氯离子在波
峰、 波谷等部位易浓缩聚集, 且波峰、 波谷位置形变
产生的应力较高, 金相检验结果显示材料有部分马
氏体组织, 同时还有孪晶组织, 说明波纹管膨胀节在
生产加工过程中发生了加工硬化, 存在较多的残余
应力, 故其开裂敏感性较高。介质中溶解的氧元素
会加速氯化物应力腐蚀开裂, 通过腐蚀产物的分析
图8 能谱分析位置 结果可知, 波纹管所处环境介质中的氧元素含量较
表2 腐蚀产物能谱分析结果 % 高。镍元素是奥氏体不锈钢中的主要合金元素, 其
元素 质量分数 作用是强化并稳定奥氏体, 镍元素的质量分数在
C 12.35
8%~12%时, 奥氏体不锈钢发生氯化物应力腐蚀开
O 38.34
裂的敏感性较高, 该开裂波纹管中的镍元素质量分
Cl 1.21
Cr 19.73 数约为9.64% , 开裂敏感性较高。
Ni 1.84
Fe 20.26 3 结语和建议
2 综合分析 ( 1 )波纹管膨胀节的制作材料以奥氏体不锈钢
为主, 要有效地提高该种金属材料的抗氯化物应力
不锈钢波纹管膨胀节发生氯离子应力腐蚀开裂
腐蚀开裂能力, 主要方法有: 将材料中的镍元素质量
的情况较为常见, 根据试验结果可知, 波纹管的化学
分数提高至35% 以上, 增加硅元素的添加量, 少量
成分基本满足标准要求, 其显微组织正常, 材料也满
添加合金元素, 如钛、 铝元素等, 以及与氮元素或者
足设备使用要求。综合宏观观察、 金相检验、 能谱分
碳元素反应活跃的合金元素, 可以提高奥氏体不锈
析结果及波纹管膨胀节的运行环境可知, 该开裂波纹
钢的耐腐蚀性和抗破裂的能力。
管膨胀节是由内向外发生开裂的。由开裂波纹管的
( 2 )在波纹管膨胀节加工制造的过程中, 可先
金相检验结果可知: 典型的树枝状穿晶裂纹证明波纹
消除其应力。通常对于奥氏体不锈钢材料, 在约
管发生的是氯化物应力腐蚀开裂。在温度、 拉应力及
1100℃下对其进行固溶处理, 不锈钢的耐腐蚀性
氯化物水溶液3个主要因素同时满足的条件下, 300
能会发生明显改善, 降低点蚀坑的发生率。
[ 2 ]
系列不锈钢容易发生氯化物应力腐蚀开裂 。 ( 3 )不锈钢波纹管膨胀节的服役环境较难更
波纹管膨胀节材料为 316L 不锈钢, 运行环境
改, 可采取添加缓蚀剂的方式降低点蚀坑的发生率,
中含有氯甲烷和水, 工作温度为107℃ , 波纹管膨胀 从而降低发生氯化物应力腐蚀开裂的敏感性。
节位于压缩机下方, 长期承受机械振动的作用, 同时 ( 4 )进行水压试验时, 要用干净的水源, 以确保
波纹管制造工艺多为机械成型或者液压成型, 存在 其不含腐蚀性物质, 如采用奥氏体不锈钢制作波纹
较大的残余应力, 使波纹管膨胀节在工作时的应力 管膨胀节时, 要控制水中的氯离子含量, 同时将波纹
状态十分复杂 [ 3 ] 。因此, 波纹管膨胀节满足发生氯 管补偿器中的积水及时排出。
化物应力腐蚀开裂的基本条件, 在多种因素的共同 ( 5 )建议提高波纹管的材料等级, 如将其升级
作用下, 其发生由内至外扩展的氯化物应力腐蚀开 到双相不锈钢, 以避免发生氯化物应力腐蚀开裂。
裂。通常情况下, 开裂分 3 个阶段: 首先是萌生阶 参考文献:
段, 在金属表面形成点蚀坑, 部分点蚀坑在腐蚀和应
力共同作用下扩展形成初始微裂纹; 接着是扩展阶 [ 1 ] 陈彩霞, 郑杨艳.316L不锈钢波纹管膨胀节开裂原因
段, 局部的初始微裂纹进一步扩展形成宏观裂缝; 最 分析与预防[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2015 , 51 ( 1 ):
后是断裂阶段, 拉应力进一步集中, 裂纹发生快速扩 55-58.
[ 2 ] 汤鹏杰, 芮乐顺, 梁斌.S30408 不锈钢法兰开裂原因
展, 最终材料由于强度不足而发生断裂。
[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2022 , 58 ( 8 ): 46-49.
该断裂波纹管的工作温度为107 ℃ , 发生氯化
[ 3 ] 佟铁民, 齐义辉, 谷志刚. 金属波纹管补偿器的应力腐
物应力腐蚀开裂的温度通常高于38℃ , 且随温度的 蚀开裂分析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2012 , 48 ( 8 ):
升高, 其开裂敏感性上升。该断裂波纹管的工作介 535-537 , 542.
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