Page 67 - 理化检验-物理分册2023年第十一期

王狄军, 等: 硫焚化炉手动高温阀断裂原因

图7 断口处的元素面扫描结果
行计算, 但一般在常温条件下, 应力超过材料的屈服

强度, 在工程中可以认为材料已经失效。
2.2 高温39kPa压力下的有限元分析

高温39kPa压力下高温阀的有限元分析结果
如图11所示。由图11可知: 阀板系统的最大应力

为158MPa , 阀板自身最大应力为85MPa , 阀板自

身的最大应力处位于阀杆与阀板的连接处。在高温
环 境 下, 阀 板 的 屈 服 强 度 和 强 度 极 限 均 低 于

85MPa , 因此材料发生断裂, 断裂位置为阀杆前端
分叉处。
图8 高温阀的整体结构模型
3 综合分析

有限元分析结果表明, 阀板受到的作用力中心
线并不在阀杆与内卷筒的交界处, 而是在半个阀板
的中间。该作用力除了形成剪切力外, 还有很大部
分形成了弯矩, 对阀杆造成弯曲破坏。在设计该手
动高温阀时, 只考虑了工作载荷对其造成的剪切力

而忽略了弯矩的影响, 导致其在常温250kPa压力

及高温39kPa压力下均不能安全工作。

310S不锈钢的最高工作温度为 1200 ℃ 。阀
轴内部组织存在沿轴向排列的碳化物, 部分碳化物
图9 高温阀的分解模型 沿晶界分布。碳化物轴向排布的原因是原材料轧制
板发生了明显的翘曲变形, 表明在较高压力的作用 工艺不当, 说明碳化物在高温阀使用前就已经存在,
下, 阀板的变形呈现出弯曲特征; 阀板系统( 包含阀 并非为高温工况下二次析出所致。碳化物较多会使
板、 阀杆轴以及盖板加强筋)、 阀板自身、 阀杆的最大 材料的高温耐腐蚀性能下降, 且沿晶界分布的碳化

应力分别为 1130 , 553 , 253MPa 。在常温条件下, 物易导致材料发生晶间腐蚀, 缩短零件的使用寿命。

310S钢的名义屈服强度一般为 205MPa 。当计算 阀轴的腐蚀产物中含有大量 S 元素, S 元素在晶界
应力大于该屈服强度时, 应当按照非线性对材料进 上富集, 腐蚀沿晶界向内部发展。阀轴内部存在较
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