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316L不锈钢弯头开裂失效分析

作者: 来源:原创 日期:2018-1-5 0:00:58 人气:25

某环境再生能源公司的脉冲吹灰器是利用空气与可燃气体如氢气、乙炔气、煤气、液化气和天然气等,以适当的比例混合在一特殊的容器中,经高频点火产生爆燃,瞬间产生的巨大声能和大量高温高速气体,以冲击波的形式振荡、撞击和冲刷受热面管束,使其表面积灰飞溅,随烟气带走。脉冲吹灰器的直吹管弯头使用316L不锈钢,设备运行约半年后,十几个弯头出现了开裂现象。为了查明开裂原因,笔者对其进行了检验和分析。

1开裂弯头检查

1.1宏观形貌

    开裂弯头的宏观照片如图1所示。开裂发生在弯头弧度最大的地方。开裂处未见明显塑性变形,为脆性断裂特征。开裂弯头的内部管壁上有大量的锈垢.较厚部位约2 mm,主要分布在弯头开裂处及其两侧。

1.2化学成分分析

    使用Q8 MAGELLAN直读光谱分析仪对断裂弯头进行化学成分检测,结果见表1.检测结果满足GB/T 20878-2007要求。

1.3金相组织

    使用金相显微镜对弯头断裂处进行金相分析,侵蚀剂为王水溶液.组织为奥氏体+铁素体。断裂处显微组织如图3所示。断裂处裂纹形貌如图4所示。裂纹从样品表面逐渐向内部延伸,并伴有树枝状,而树枝状裂纹是不锈钢在氯离子环境下应力开裂的典型特征,且裂纹呈穿晶断裂特点。

1.4断口形貌分析

    将裂纹打开,弯头从外表面向里约有1 mm宽的区域呈现金属光泽,可以推断裂纹是先从内部扩展。用Quanta200扫描电镜进行断口扫描,断口形貌呈泥状花样,而泥状花样为应力腐蚀的典型形貌。能谱分析结果如图6所示,断口表面腐蚀部分及弯头内壁腐蚀部分均存在氯、硫元素。

2分析和讨论

    不锈钢弯头的裂纹起源于弯头内部。脉冲吹灰器的不锈钢弯头的化学成分符合相关标准的要求,其基体组织为奥氏体组织,晶粒较细、较均匀。该不锈钢弯头长期处在600-700℃高温环境,并且所处的环境中含有抓离子、硫离子,这些都是引起铬镍不锈钢应力腐蚀开裂的敏感介质离子。脉冲吹灰器每隔一段时间进行吹灰,弯头受到一定的拉应力。在敏感介质离子和拉应力的双重作用下,不锈钢弯头从内部产生应力腐蚀裂纹。

3结语

    虽然316L不锈钢属于18-8系列奥氏体不锈钢,成分上降低了碳含量,提高了镍含量,改善了应力腐蚀性能,但在高温、拉应力、腐蚀介质等运行条件下抗应力腐蚀破裂性能较差,不适合在该环境下长期使用,因而建议更换炉管钢材料,如HP40等。