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火炬頭下法蘭斷裂原因分析
滄州AG视讯管件    2017-11-23 21:46:50    文字:【】【】【
摘要:某公司排放廢氣火炬的火炬頭下部法蘭使用一 段時間後,沿法蘭頸部產生開裂.法蘭材料圖紙上標 定為ZGlCrl8Ni9Ti,法蘭使用溫度為450〜500 'C,法蘭距地麵高度為106 m.為分析法蘭斷裂原因,進行 了化學成分分析、斷口分析、金相組織分析及電子探 針腐蝕產物微區成分分析等. 1化學成分分析

某公司排放廢氣火炬的火炬頭下部法蘭使用一 段時間後,沿法蘭頸部產生開裂.法蘭材料圖紙上標 定為ZGlCrl8Ni9Ti,法蘭使用溫度為450〜500 'C,距地麵高度為106 m.為分析法蘭斷裂原因,進行 了化學成分分析、斷口分析、金相組織分析及電子探 針腐蝕產物微區成分分析等.

1化學成分分析

通過對法蘭上取樣進行化學成分分析,其化學 成分如表1所示.

從表1中可以看出,法蘭材料的化學分析與 lCrl8Ni9Ti比較相差較大,其碳含量、矽含量、硫含 量均較高,鈦含量為零.而與lCr18Ni9、Y1Cr18Ni9 料相比,與Y1Cr18Ni9相近,但其成分中矽含量偏 高,鎳含量稍高.由此可見法蘭材料與Y1Cr18Ni9 近,並非 lCrl8Ni9Ti.

2斷口分析

2.1宏觀分析

火炬頭法蘭其斷裂部位位於法蘭頸錐過渡處, 裂紋沿整個法蘭周向產生.經過裂紋處取樣切開後 觀察,發現斷口處材料呈纖維狀,且纖維狀組織的纖 維為徑向排列,與裂紋擴展方向相同,因而這種纖維 排列極易在徑向方向產生裂紋[12].同時,發現法蘭 在切開處有較大的原始鑄造缺陷.

2.2微觀分析

利用掃描電子顯微鏡對斷口進行微觀分析,發 現在斷口表麵晶界上和晶粒表麵都有較多的腐蝕產 .

3金相組織分析

對斷口附近取金相試樣,經機械拋光後,金相組 織照片如圖1所示.由金相組織照片可以看出,鑄鋼 法蘭的晶粒極為粗大,其晶粒尺寸可達到mm數量 .因此,晶界也相當大,這對於材料來說相當於材 料內部裂紋增大,所以極易發生裂紋擴展[3].同時在 法蘭沿壁厚方向上不同部位均有裂紋,該裂紋為沿 晶裂紋.由此可見,在法蘭內部除宏觀觀察到的主裂 紋外,還存在著大量沿晶界開裂的小裂紋.

Table 1 G)mparLson between analyzed chemical composition and standard composition(

 

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

tested results

0. 15

1.22

0.89

0.028

0. 11

11. 14

17.40

lCrl8Ni9Ti

^). 12

^.00

^.00

.035

.030

8011.0

17.0 19.0

lCrl8Ni9

?15

^.00

^.00

.035

.030

8011.0

17.0 19.0

YlCrl8Ni9

^). 15

^.00

^.00

.20

?15

8.0 11.0

17.0 19.0

4電子探針腐蝕產物微區成分分析

采用島津EPM810Q電子探針對裂紋表麵腐蝕 產物進行分析,裂紋末端表麵腐蝕產物及s、a分布 如圖2所示.圖2(a)、2(b)、2(c)分別為裂紋起裂點附近腐蝕產物電子掃描及與之對應的S、Cl含量分 布情況.由圖可以看出裂紋表麵腐蝕產物較多.因 此,由電子探針分析可以得出結論,其中S含量較 少,而Cl含量較多.在裂紋表麵存在著硫化物及氯 化物,因而在裂紋形成及擴展中存在著腐蝕因素.造 成腐蝕的兩個原因其一是由於沿海空氣a-腐蝕, 其二是由於煙氣中所含s造成的腐蝕.

從材料的化學成分及組織分析中可以看出,其 含碳量很高(0. 15 %C),不含Ti,奧氏體晶粒組織粗 大,且工作溫度超過450 ~C,屬於該鋼的敏化溫度範 .在該溫度下,奧氏體中溶碳能力小於0. 02 %,過 飽和的碳向奧氏體晶界擴散,與晶界附近的鉻結合 成C23C6的金屬化合物.由於碳的擴散快(間隙擴 ),鉻的擴散慢(置換擴散),因此奧氏體晶粒內部 的碳都能擴散到晶界處,而隻有晶界附近的鉻才能 擴散到晶界處,又由於C23C6的含鉻量約為75 %, 而鋼的平均含鉻量不到18 %,因此造成晶界附近貧

鉻,在腐蝕介質作用下首先在外表麵產生晶間腐蝕, 而使晶粒與晶界的結合力喪失,使材料脆化[4].因 此,在風載荷引起的拉應力和硫化物介質的聯合作 用下,在外表麵腐蝕的晶界處產生應力腐蝕裂紋.裂 紋尖端處硫化物作用造成陽極溶解,而尖端處含鉻 量低不能再鈍化,a-的遷入又破壞鈍化,加之外力 作用,使裂紋尖端成為動力陽極而不斷溶解,使裂紋 不斷沿晶界擴展,最後產生沿晶斷裂[5].從裂紋走向 分析及斷口掃描電鏡分析的結果可以看出其斷裂為 沿晶斷裂.它是晶間腐蝕誘發的,拉應力和硫化物聯 合作用的應力腐蝕開裂.

為防止開裂首先應從防止晶間腐蝕入手:(1) 可選用超低碳(含C少於0. 03 %)的奧氏體不鎊鋼, 如國內的00Crl8Ni9、美國的304L16L等;⑵選用 含Ti和Nb的奧氏體不鎊鋼,先進行1050〜1100 'C 的固溶處理,然後在850〜900 C進行較長時間的穩 定化處理.這樣使碳和Ti、b結合成TiC、NbC,使奧 氏體中含碳量降低.而不會在晶界上析出&23C6. 鋼號如 0Cr18Ni9Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347).

對以上兩類材料,其金相組織中最好含有5 % 〜10 %的S-鐵素體,這樣即可以減輕晶間腐蝕,又可 減輕應力腐蝕.

5結論

通過以上分析,該法蘭產生斷裂的原因是:

(1) 該法蘭材料未達到圖紙上標注的1Cr18Ni9Ti的標 準,實際材料與Y1Cr18Ni9稍為接近,但其含矽量偏 高,含鎳量稍高,同時其鑄造組織較為粗大,未達到 組織成分要求,對法蘭取樣分析發現法蘭內部有較 大鑄造缺陷,因而該法蘭材料質量較差.

(2)在對斷口進行腐蝕產物分析中發現斷口表 麵存在有大量S與Cl,其Cl含量尤為突出,當采用 掃描電鏡對斷口表麵觀察,發現其裂紋為沿晶斷裂, 該種裂紋斷裂特征屬於應力腐蝕斷裂特征.因此,該 法蘭斷裂屬於應力腐蝕斷裂.由以上分析可以得出 造成法蘭應力腐蝕的原因是由於沿海潮濕空氣中的 Cl及煙氣中S的作用造成了法蘭的應力腐蝕開裂.

綜上所述,法蘭斷裂是由於該法蘭材質不合格, 材料本身質量不合格及應力腐蝕造成的.


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