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316L不锈钢波纹管膨胀节开裂失效分析
发布:water0424   时间:2015/3/9 13:38:48   阅读:816 
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   某厂的直埋外压式轴向波纹管膨胀节使用近3 a(年)发生了穿透性开裂,如图所示。据厂家提供的资料可知,该波纹管的规格为DN500 mm,材料为316L不锈钢,采用内外双层结构,单层厚度为1.2 mm;按GB/T 12777-2008《金属波纹管膨胀节通用技术条件》制造生产,采用冷加工推模成型工艺,设计温度为250 ℃,设计压力为-1 MPa,设计寿命为1 000次;工作温度为210 ℃,外介质为水蒸汽。

 
   为查明该波纹管膨胀节开裂的原因,江苏省特种设备安全监督检验研究院 国家元件中心的陈彩霞和郑杨艳对其进行了失效分析。

   该波纹管是由外层向内层开裂,外层裂纹有多条,内层只有一条主裂纹;波纹管外介质为水蒸气,含有少量氯,成为波纹管腐蚀的介质源;裂纹为沿晶开裂,呈树枝状;断口为典型的沿晶形貌,有泥纹状腐蚀产物,且腐蚀产物中含有氯,所以可以推断该裂纹属于典型的不锈钢氯化物应力腐蚀开裂。

   应力腐蚀是材料在拉应力和腐蚀介质的共同作用下产生的失效现象。该外压式波纹管膨胀节工作时在介质的内压和热胀位移的作用下,承受的是拉应力,波纹管膨胀节在加工和成型过程中产生的残余应力以及安装时残留的装配应力等都为波纹管发生应力腐蚀开裂提供了必须的拉应力条件。316L奥氏体不锈钢对氯元素较敏感,波纹管外介质为250℃的水蒸气,该介质中含氯和氧,极易引起应力腐蚀开裂。

   最终判断该波纹管膨胀节在拉应力和含氯腐蚀介质的共同作用下,发生了应力腐蚀开裂。

   对应用于热网工程中的波纹管,其蒸汽的质量严重影响波纹管的使用寿命,因此有如下建议:

1.加强对水质的监控,尤其是对氯离子的控制,确保蒸汽中不含氯,避免氯离子对奥氏体不锈钢的点蚀、沿晶腐蚀或应力腐蚀。

2.奥氏体不锈钢膨胀节在加工和成型后应进行固溶处理,消除或降低残余应力,同时可使冷加工过程中因材料变形产生的形变马氏体恢复至变形前的组织,可大大提高波纹管抗应力腐蚀破坏的敏感性。

3.针对使用的介质和环境,合理选材,避免形成应力腐蚀产生的三要素。

《理化检验-物理分册》2015年第一期
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