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不銹鋼膨脹節(jié)開裂失效原因分析

文檔作者：王鵬孫永哲文檔來源：遼陽石化分公司機(jī)械廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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石油和化工設(shè)備
2O12年第15卷
不銹鋼膨脹節(jié)開裂失效原因分析
王鵬，孫永哲
(遼陽石化分公司機(jī)械廠， 遼寧遼陽11 1 003)
[摘 要] 分析了一批膨脹節(jié)交付后試壓開裂失效的原因，確定為膨脹節(jié)在酸洗介質(zhì)中停留時(shí)間過長，導(dǎo)致晶間腐蝕發(fā)
生，晶界弱化，材料力學(xué)性能惡化。提出了嚴(yán)格按工藝控制酸洗時(shí)間的整改措施。
[關(guān)鍵詞]不銹鋼膨脹節(jié)；裂gK；金相檢測(cè)；硬度檢測(cè)；失效分析
201 0年， 我廠為某 業(yè)生產(chǎn)一批不銹鋼膨
脹 ，材質(zhì)為0Crl 8Ni9。 藝流程：下料一滾筒
焊接 熱處理一組焊模具一組裝壓型一機(jī)加一裝
一榆驗(yàn)(打壓、滲透探傷等)一酸洗(采用白
調(diào)酸洗膏：HCI+HNO +膨脹土+水)。 廠前，各
項(xiàng)檢驗(yàn)均合格。交付客戶使用后，在現(xiàn)場(chǎng)試壓過
程中，膨脹節(jié)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
1化學(xué)成分和機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果
對(duì)開裂膨脹節(jié)取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果
顯示，各元素成分均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，詳見表1。
表1 0Crl8Ni9化學(xué)成分
厄素名稱 C Si Mn P S Ni Cr
標(biāo)準(zhǔn)值％ ≤O．O7 ≤1．0O ≤2．OO ≤O．035 ≤0．030 8．0O～l1．OO l7．O0～19．OO
檢測(cè)值％ 0．047 0．63 1．26 0．030 O．0O1 8．O6 17．O6
生產(chǎn)此批膨脹節(jié)前，對(duì)原材料進(jìn)行過力學(xué)性
能試驗(yàn)，見表2。
表2 原材料力學(xué)性能
項(xiàng)日 抗拉強(qiáng)度MPa 屈服強(qiáng)度MPa 斷后伸長率A／％
標(biāo)準(zhǔn)值 ≥520 ≥205 ≥40
檢測(cè)值 720 260 54
對(duì)開裂膨脹節(jié)取樣后的力學(xué)性能試驗(yàn)，見表3。
表3 開裂膨脹節(jié)取樣力學(xué)性能
項(xiàng)L{ 抗拉強(qiáng)度MPa 屈服強(qiáng)度MPa 斷后伸長率A／％
標(biāo)準(zhǔn)值 ≥520 ≥205 ≥40
榆測(cè)值 970 705 30
表2表明，原材料力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)。表3的
結(jié)果表明，開裂膨脹節(jié)材料由于某種原因，強(qiáng)度
人大提高，延伸率下降。
2宏觀形貌情況
開裂膨脹節(jié)宏觀形貌如圖l～4所示。膨脹節(jié)在
波峰部位沿圓周方向開裂(見圖2～4箭頭)。開裂
處暑斷續(xù)狀或齒形直裂紋， 由中問開裂部位向兩
側(cè)擴(kuò)展，開裂區(qū)域邊緣無宏觀塑性變形。樣品取
自殲裂膨脹節(jié)有標(biāo)記處，如圖5所示。將圖5兩樣
品分別編為1 、2 ，其中右側(cè)的1 樣取自焊縫所在
區(qū)域(見箭頭)。
圖1 實(shí)物
圖2 實(shí)物
作者簡介：王鵬，男，吉林公主嶺人，2007年畢業(yè)于吉林大學(xué)
測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)?，F(xiàn)在中國石油遼陽石化分公司任檢驗(yàn)助理
工程師。
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36一 ■ 技術(shù)交流 2石0油和化工設(shè)備
12年第15卷
5顯微硬度檢測(cè)
隨機(jī)檢測(cè)了開裂膨脹節(jié)以及原材料樣品的顯
微硬度，結(jié)果如表4所示。開裂膨脹節(jié)顯微硬度檢
測(cè)結(jié)果與金相組織吻合，說明膨脹節(jié)在冷壓過程
中材料部分基體組織發(fā)生了由奧氏體向馬氏體的
轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致機(jī)械性能惡化，發(fā)生斷裂。
表4 顯微硬度檢測(cè)結(jié)果
硬度指標(biāo) HV1
原材料檢測(cè)值 224 2l3 2l9
開裂件檢測(cè)值 388 39l 385 418 388 403
6檢測(cè)分析結(jié)果
6．1開裂膨脹節(jié)金相組織及顯微硬度檢測(cè)結(jié)果表
明，基體有馬氏體組織存在，該組織是開裂件
在冷加工(壓型)變形硬化過程中發(fā)生的由奧
氏體向馬氏體的組織轉(zhuǎn)變。馬氏體組織耐蝕性
差，會(huì)使構(gòu)件在腐蝕性介質(zhì)中的受腐蝕傾向增
大。
6．2開裂斷口顯示沿晶斷裂特征，說明材料晶界
存在弱化或脆化現(xiàn)象。根據(jù)膨脹節(jié)制造工藝，
未發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)工序前存在引發(fā)晶界弱化的依據(jù)，
在酸洗工序中，同批次產(chǎn)品都存在酸洗時(shí)間過
長的問題，與開裂件受到穿透型晶間腐蝕相吻
合。
由氯元素引起的點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕。根據(jù)酸洗介
質(zhì)的組成模式，可排除氫致沿晶斷裂的可能。
微觀形貌顯示的馬氏體組織形態(tài)說明，酸洗過
程中，氧化性酸對(duì)晶界產(chǎn)生了明顯的腐蝕作
用，使材料晶界弱化，力學(xué)性能下降。當(dāng)膨脹
節(jié)內(nèi)表面受壓時(shí)，外表面承受拉應(yīng)力作用，引
發(fā)構(gòu)件在薄弱部位產(chǎn)生了垂直于拉應(yīng)力方向即
沿圓周方向擴(kuò)展的裂紋。
7結(jié)語
針對(duì)此次膨脹節(jié)開裂事件，我方進(jìn)行了大量
的檢測(cè)來分析事故的原因，最終確定， 開裂膨脹
節(jié)在酸洗介質(zhì)中停留時(shí)間過長， 導(dǎo)致了晶間腐蝕
的發(fā)生，使晶界弱化，材料力學(xué)性能惡化。當(dāng)膨
脹節(jié)試壓承受外應(yīng)力作用時(shí)， 引發(fā)了薄弱部位產(chǎn)
生沿晶脆性開裂。在今后膨脹節(jié)生產(chǎn)中，要嚴(yán)格
按工藝控制酸洗時(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶
需要。
◆ 參考文獻(xiàn)
【1]壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯編[M]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社
2009．
【2]鋼鐵金相學(xué)與熱處理常識(shí)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社
1975．
【3】金相檢驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)【M】．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987．
6．3斷口表面無腐蝕坑及氯的腐蝕產(chǎn)物，可排除收稿 日期：2o12 o5~21i 修l國日期：20l2_0 _2O
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