不锈钢膨胀节开裂失效原因分析.pdf

石油和化工设备
2012年第15卷
不锈钢膨胀节开裂失效原因分析
王鹏,孙永哲
(辽阳石化分公司机械厂,辽宁辽阳11003)
[摘要]分析了一批膨胀节交付后试压开裂失效的原因,确定为膨胀节在酸洗介质中停留时间过长,导致晶间腐蚀发
生、晶界弱化,材料力学性能恶化。提出了严格按工艺控制酸洗时间的整改措施。
[关鍵词]不锈钢膨胀节;裂纹;金相检测;硬度检测;失效分析
2010年,我为某企业生产批不锈钢膨项检验均合格。交付客户使用后,在现场试压过
胀节,材质为0Cr18Ni9。1艺流程:下料一滚筒程中,膨胀节出现开裂现象。
焊接一热处理一组焊模具一组装压型一机加一装
一检验(打压、渗透探伤等)一酸洗(采用自
化学成分和机械性能检测结果
对开裂膨胀节取样进行化学成分分析,结果
酸洗膏:HCI+HNO+膨胀土+水)。出厂前,各显示,各元素成分均符合标准规定,详见表1。
表10Cr8Ni9化学成分
素名称
Mr
P
Ni
标准值%
≤0.07
≤1.00
≤2.00
≤0.035
≤0.030「8.00~11.0017.00~19.00
检测值
0.047
0.63
1.26
0.030
0.001
8.06
17.06
生产此批膨胀节前,对原材料进行过力学性品分别编为1“、2,其中右侧的1“样取自焊缝所在
能试验,见表2。
区域(见箭头)。
表2原材料力学性能
项日抗拉强度MPa』屈服强度MPa断后伸长率AM
标准值
≥520
≥205
≥40
檢测值
720
60
对开裂膨胀节取样后的力学性能试验,见表
表3开裂胀节取样力学性能
项目「抗拉强度MPa屁服强度MPa断后伸长率A/%
标准
图1实
≥520
≥205
≥40
检测測值
970
705
表2表明,原材料力学性能符合标准。表3的
结果表明,开裂膨胀节材料由于某种原因,强度
大大提高,延伸率下降
2宏观形貌情况
开裂膨胀节宏观形貌如图1~4所示。膨胀节在
波峰部位沿圆周方向开裂(见图2~4箭头)。开裂
图2实物
处呈断续状或齿形直裂纹,由中间开裂部位向两
侧扩展,开裂区域边缘无宏观塑性变形。样品取
作者简介:王鹏,男,吉林公主岭人,2007年毕业于吉林大学
测控技术与仪器专业。现在中国石油辽阳石化分公司任检验助理
自开裂膨胀节有标记处,如图5所示。将图5两样工程师。
第9期
王鹏等不锈钢膨胀节开裂失效原因分析
33-
图3实物
图4实物
图5实物
3断口检测
凹凸明显,呈“岩石状”;靠膨胀节外层可见沿
3.1断口宏观检测
壁厚方向扩展的细小放射状台阶及花样;焊缝所
两样品断口为非对应面断口,均呈锈黄色,
在位置可见一起始于外表面的开裂源区(见图8箭
断裂纹络清晰,显示脆性断裂特征,如图6~10所
头)。2”样品断口宏观形貌如图9~10所示,断口
靠内表面约12壁厚区域可见十分细密的人字纹花
示。1样品断口位置宏观形貌如图68所示,断口样,反映该样品的瞬时断裂特征
图61断口
图71“断口
图81断口
石油和化工设备
34-■技术交流
2012年第15卷
图91“断口
图101断口
3.2断口微观检测
将断口清洗后,在1“断口截取了含焊缝区长
约70mm的微观检测样品。检测结果如图11~16所
示。图11~12分别为靠膨胀节内、外表面处断口
形貌,可见整个断面均显示沿晶断裂特征。图11
箭头所示上方(明显分界面以上)为膨胀节外表
面,可见腐蚀迹象。图13~14为焊缝区断口形貌,
仍为沿晶断裂形貌。图15-16断口为随机选取视
场,断面较干净,未见腐蚀坑及腐蚀产物,但晶
粒表面可见明显马氏体组织特征,说明晶间存在
腐蚀现象。
313断口(焊缝区)二次电子像
pe 9w s4 mm 103
图11断口(靠外表面)二次电子像
图14断口二次电子像
20
12断口(靠外表面)二次电子像
图15断口(随机选取)二次电子像
第9期
王鹏等不锈钢膨胀节开裂失效原因分析
35-
图19金相组织×100
图16断口(随机选取)二次电子像
“
4金相组织检测
金相检测样品分别取自开裂膨胀节和同批次
原材料钢板。开裂膨胀节检测结果如图17~20所
示,基体组织为奥氏体+马氏体。马氏体组织是冷
加工变形产生的形变组织。图21~22为原材料基体
组织,基体组织为奥氏体+带状铁素体,铁素体面
积含量约为8%。
图20金相组织x400
图17金相组织×100
图21原材料组织×300
图18金相组织×400
图22原材料a一相面含量×300
36-技术交流
石油和化工设备
2012年第15卷
5显微硬度检测
由氯元素引起的点蚀或应力腐蚀。根据酸洗介
随机检测了开裂膨胀节以及原材料样品的显质的组成模式,可排除氢致沿晶断裂的可能。
微硬度,结果如表4所示。开裂膨胀节显微硬度检微观形貌显示的马氏体组织形态说明,酸洗过
测结果与金相组织吻合,说明膨胀节在冷压过程程中,氧化性酸对晶界产生了明显的腐蚀作
中材料部分基体组织发生了由奥氏体向马氏体的用,使材料晶界弱化,力学性能下降。当膨胀
转变,从而导致机械性能恶化,发生断裂。
节内表面受压时,外表面承受拉应力作用,弓
发构件在薄弱部位产生了垂直于拉应力方向即
表4显微硬度检测结果
沿圆周方向扩展的裂纹。
硬度指标
EVI
7结语
原材料检测值
224213219
针对此次膨胀节开裂事件,我方进行了大量
开裂件檢测值
388391385418388403
的检测来分析事故的原因,最终确定,开裂膨胀
节在酸洗介质中停留时间过长,导致了晶间腐蚀
6检测分析结果
的发生,使晶界弱化,材料力学性能恶化。当膨
6.1开裂膨胀节金相组织及显微硬度检测结果表胀节试压承受外应力作用时,引发了薄弱部位产
明,基体有马氏体组织存在,该组织是开裂件生沿晶脆性开裂。在今后膨胀节生产中,要严格
氏体向马氏体的组织转变。马氏体组织耐蚀性芒控制酸洗时间,保证产品质量,满足用户
在冷加工(压型)变形硬化过程中发生的由奥按工
差,会使构件在腐蚀性介质中的受腐蚀倾向增
大
6.2开裂断口显示沿晶断裂特征,说明材料晶界
◆参考文献
存在弱化或脆化现象。根据膨胀节制造工艺,[]压力容器相关标准江编[M]北京:中国标准出版社
未发现检验工序前存在引发晶界弱化的依据,
2009
在酸洗工序中,同批次产品都存在酸洗时间过门钢铁金相学与热处理常词M北京:治金工业出版社
长的问题,与开裂件受到穿透型晶间腐蚀相吻]金相检验技术基