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某奧氏體不銹鋼法蘭廠家在使用過程中頸部岀現開裂滲漏現象,通過材料化學成分分析、金相顯微組織分析、掃描電鏡觀察裂紋斷面微觀形貌及Ⅹ射線能譜分析裂紋斷面腐蝕產物成分,不銹鋼法蘭廠家對法蘭開裂原因進行了分析。結果表明:法蘭材料碳元素含量超標,且存在熱加工缺陷,晶界處有大量析出物,法蘭使用過程中存在拉應力及腐蝕環境,以上因素共同作用導致法蘭頸部發生沿晶應力腐蝕開裂。某化工廠在生產運營過程中發現法蘭頸部有液體滲漏現象,經不銹鋼法蘭廠家觀察,發現法蘭頸部存在沿圓周方向的裂紋,如圖1所示。此法蘭內部介質為航空煤油,工作壓力為2.0MPa,介質溫度為40°℃C,外壁暴露于露天環境中,法蘭材料為S32168奧氏體不銹鋼采用鍛造成型工藝生產,后經固溶處理,再加工制造成型。筆者通過一系列理化檢驗方法以及對檢驗結果進行分析討論,找出了該下銹鋼法蘭裂紋產生的原因,并提出了改進建議,以避免類似失效的再發生。
宏觀觀察法蘭開裂部位可見,裂紋呈曲折、斷續狀沿法蘭頸圓周分布,法蘭盤處無裂紋。法蘭頸外表面裂紋較多且間隙較大,如圖2a所示;法蘭頸內表面裂紋較少且細小,如圖2b)所示。由此可以判斷,裂紋由外向內擴展。在某部位處取樣,采用固定式全譜直讀光譜儀分析1號試樣的化學成分,可見碳元素含量超出標準技術要求,鈦元素
含量低于標準技術要求,其余各元素含量均符合NB/T47010-2010對S32168不銹鋼成分含量的要求。2號部位處取金相試樣,經粗磨、細磨、拋光及10%體積分數)草酸溶液電解浸蝕后,在金相顯微鏡下觀察。法蘭顯微組織為單相奧氏體,依據GB/「6394-2002采用比較法評定晶粒度級別為6.0級,如圖3a)所示;放大1000倍觀察可見,晶界處存在大量析出物,同時有硬質非金屬夾雜物分布于晶界或晶內,如圖3b所示。
使用o∪ANTA200掃描電鏡(SEM觀察2號金相試樣,清晰可見晶界處存在大量析出物,如圖5所示。在圖1中3號部位取樣用于掃描電鏡觀察裂紋斷面微觀形貌及能譜(EDS)分析腐蝕產物成分,3號試樣裂紋經打開后暴露出裂紋斷面,在掃描電鏡下觀察。圖6a)為法蘭頸外表面裂紋起始區斷口形貌,可見較多腐蝕產物附著于斷面,形成網狀龜裂的“¨泥紋花樣”。圖6b為裂紋中部區域形貌,呈現冰糖狀沿晶斷裂特征,晶面附著少量腐蝕產物,并伴有二次裂紋。圖6為裂紋尾端形貌,呈現出沿晶斷裂特征,二次裂紋及多棱平滑晶面清晰可見,晶面附著較少腐蝕產物,由此可見裂紋由外向內擴展,與宏觀分析結果一致。能譜分析金相試樣中硬質非金屬夾雜物成分,結合其金相特征可知該夾雜物是以TiN為主的復合夾雜物。顯示晶界處物質由鉻的析出物及腐蝕產物組成。裂紋表面腐蝕產物能譜分析結果,其組成元素有氯、硫、氧等腐蝕性元素以及鐵、鉻、錳、硅等材料基體元素。該法蘭頸部開裂為典型的沿晶應力腐蝕開裂,其主要是由材料本身成分不合格、熱加工工藝制度不合理及外在腐蝕環境導致建議法蘭部位采取防雨淋措施;同時加強零部件材料檢驗,杜絕材料成分或顯微組織不合格產品投入使用。
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