304不锈钢波纹补偿器失效分析.pdf

第7卷第4期
材料研究与应用
2013年12月
MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
Dec.2013
文章编号:1673-9981(2013)04-0276-04
304不锈钢波纹补偿器失效分析
肖晓玲,况敏,林凯生
广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)新材料研究所,广东广州510650
摘要:利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计等,对某304不锈钢波纹补偿器的断口进行了观察和
测试分析.结果表明:304不锈钢的奥氏体晶粒内有许多变形的滑移线,且在奥氏体晶界上有碳化物沉
淀析出;补偿器的断口呈冰糖状花样特征,断口面处存在较深的沿晶界的二次裂纹,断裂性质为沿晶脆
性断裂;此晶界弱化的不锈钢在工作时,受工作应力作用萌生微裂纹,微裂纹扩展导致波纹管断裂
关键词:波纹补偿器;不锈钢:断裂;失效分析
中图分类号:TH142
文献标识码:A
波纹补偿器属于一种补偿元件,由主体波纹管
(一种弹性元件)和端管、支架、法兰及导管等附件组1外观检查
成,主要用于各种管道中.其工作原理是利用自身的
弹性变形,补偿管道由于热变形、机械变形和各种机
试样为两端带有法兰、中间由纵缝焊接不锈钢
械振动而产生的轴向、角向、侧向及其组合位移,补管胚制成的环形波纹管补偿器,其材质为304不锈
偿器具有耐压、密封、耐腐蚀、耐高温、耐冲击及减振钢,属单层结构该补偿器安装调试时不锈钢环形波
降噪的功能,从而起到降低管道变形和提高管道使纹管在第一环齐法兰处整体断裂,断口与波纹管补
用寿命的作用.不锈钢波纹管补偿器作为敏感元件、偿器轴向垂直(图1),断口表面齐整,肉眼可见金属
减震元件、补偿元件、密封元件、阀门元件及管路连反光颗粒(图2).
接件,广泛应用于自动控制和测量仪表、真空技术
机械工业、电力工业、交通运输及原子能工业等领域
中.由于补偿器可靠性是通过设计、制造、安装、运行
管理等多个环节来保证的,任何一个环节的失控都
断口部位
会导致其寿命的降低甚至失效.因此,正确地选择
波纹管的制作材料和结构、合理设计波形参数和疲
劳寿命、保证安装质量等措施,能大大提高波纹膨胀
节(补偿器)的安全可靠性
某公司生产的304不锈钢波纹管补偿器在被安
装调试时,其不锈钢环形波纹管在第一环齐法兰处
整体断裂.故障发生后,受委托对其进行了检测分
析,试图找出波纹管补偿器失效的原因,为今后波纹
图1失效的波纹补偿器
管生产和安全运行提供技术支持.
Fig 1 Image of corrugated compensator after failure
收稿日期:2013-10-23
作者简介:肖晓玲(1966-),女,湖南祁东人,高工,博土
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第7卷第4期
肖晓玲,等:304不锈钢波纹补偿器失效分析
2化学成分、金相组织及硬度测试
断口处
化学成分分析
截取断裂的波纹管基体进行化学成分分析,结
果列于表1.由表1可知,波纹管材质成分符合
JISG4304-2005中关于SUS304的标准要求
2.2组织观察及硬度测试
波纹补偿器断裂处的厚度约为0.7mm,从波
纹管断口处轴向截取试样,先镶嵌研磨抛光,再经三
图2断口形貌
氯化铁盐酸水溶液侵蚀后进行组织观察(图3).从
Fig 2 Image of the fracture
图3可见,试样的显微组织为奥氏体,由于波纹管
表1波纹管补偿器的化学成分
Table 1 Chemical composition of corrugated compensator
成分
Mn
S
Ni
含量u/%
检测值
1.120.0380.0052
18.19
8.10
余量
JISG4304-2005≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.03018.0020.008,00~10.50余量
成型加工,致使奥氏体组织沿图3(a)的轴向呈带状晶界上有碳化物析出(图3(b)中箭头所示品界上的
分布,奥氏体晶粒上布满变形的滑移线,并且奥氏体黑色物)2
20u
图3断口基材金相照片
(a)低倍;(b)高倍
Fig 3 Microstructure of fracture
(a)low magnification; (b) high magnification
将金相试样置于扫描电镜下进行观察(图1).二次裂纹(如箭头所示)
从图4可见,奥氏体中滑移线清晰可见,并且各滑移
对金相试样进行硬度测试,载荷为100g,加载
线之间或互相平行,或呈60°和90°夹角,经分析确时间为15s,结果列于表2.由表2可知,试样平均硬
定为面心立方<10>品向,即奥氏体的滑移方向.度测试值为381.2HV1,表明304不绣钢的显微硬
截取波纹管断口,经清洗后置于扫描电镜下观度高于其固溶处理后退火态硬度,其退火态硬度
图5为试样断口的SEM图,从图5可见,波纹管般为330HV13
断裂表面似沿晶冰糖状花样,且存在较深的沿晶的
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