316L不锈钢盘管泄漏失效分析
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编者按
316L属于奥氏体不锈钢,国内品牌为022Cr17Ni12Mo2.不锈钢中添加的塑性和耐腐蚀性好Mo因此,316L不锈钢广泛应用于石化、医药等行业。某企业使用316L不锈钢线圈在使用过程中发现管壁泄漏和穿孔。管内工作介质为水蒸气,工作压力0.9MPa,管外介质为强碱、铜粉,工作压力1.0MPa,内外壁压差大。作者对其故障原因进行了测试分析和研究。 宏观分析1.1 从外部宏观视觉检查中发现,泄漏孔在外壁显示为直径约2mm如图1所示a显示在内壁上mm纵向排列孔,可见大量翘皮裂纹,如图1所示b图1 泄漏孔宏观形状1.2 变倍体视显微镜观察放大宏观检查。a宏观照片放大孔40倍后的宏观照片;图2b为剖开后的泄漏孔形状,孔内空间较大,总体积约4mm三、孔壁起伏不平,不规则。图2 泄漏孔形状2 检测分析2.1 光谱化学成分分析用全谱直读光谱仪对泄漏孔周围的取样进行化学成分分析。结果见表1,与ASME SA213中TP316L材料成分的比较符合标准要求。表1 化学成分(质量分数)分析结果 (%)2.2 拉伸试验采用电子通用试验机,在线圈上取样,结果见表2。样品断裂的形状为塑性断裂。通过比较,材料的抗拉强度、屈服强度和断裂后的伸长率均符合要求ASME SA213标准。表2 力学性能测试结果2.3 工艺性能试验采用电子通用试验机进行膨胀和扁平试验。结果见表3。试验结束后,膨胀样品的形状如图3所示,管道内壁无裂纹。扁平样品的形状如图4所示。扁平样品的外壁拉伸表面产生裂纹。裂纹开口端的外壁位置为旧断口,裂纹尖端为新断口,可见管道外壁存在旧裂纹。表3 工艺性能试验结果图3 膨胀样品图4 扁平样品拉伸面裂纹2.4 显微金相分析在盘管内外壁及内部加工显微金相加工,试样横截面磨抛光,用金相显微镜放大后观察。从图5a可见盘管内壁有翘皮状裂纹,翘皮底部有微裂纹;图5b可以看出,外壁上有大量的微裂纹,出现在缺陷或腐蚀坑中,沿着夹杂物扩张;从图5开始c可见内部有大量粒状、条状、块状夹杂物,夹杂物尺寸为5 ~ 25μm。金相显微镜观察组织为奥氏体,平均晶粒度为6.5级,发现晶界有沉淀相,如图6所示a所示。从图6b可见内壁有大量变形滑移线,说明有残余应力;图6c可见外壁上有穿晶型和沿晶型裂纹。图6 金相图2.5 扫描电镜分析用扫描电镜观察裂纹断口。a图7为旧断口b泄漏孔内壁形貌可以看出,表面上均存在“泥纹花样”腐蚀产物。图7 失效部位扫描电镜形貌2.6 对图7的能谱分析a能谱分析采用旧断口取样,如图8所示。结果见表4。腐蚀产物比较复杂,主要成分是氧化物,也与氧化物混合Cu、Na等。表4 能谱分析结果(质量分数) (%)图8 分析点能谱图3 综合分析上述试验数据,盘管TP316L满足不锈钢化学成分、抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率ASME SA213标准要求。膨胀试验合格,压扁试验管外壁拉伸面出现裂纹,开口端为旧裂纹。金相显微分析SEM EDS表明组织为奥氏体不锈钢,但有不同尺寸的颗粒夹杂物,表面有泥图案腐蚀产物,特别是泄漏孔。孔壁起伏不规则,翘曲处有大量微裂纹,沿夹杂物扩张。 结论与建议316L不锈钢线圈泄漏的主要原因是材料中有大量的夹杂物、氧化物腐蚀产物、微裂纹等。由于夹杂物的存在,基体的连续性受到破坏。在残余应力和内外壁压差的共同作用下,夹杂物容易开裂和膨胀,夹杂物与高温水蒸汽介质接触。由于夹杂物的耐腐蚀性远低于材料本身,夹杂物被腐蚀,最终在管壁内形成孔洞,导致管壁穿孔和泄漏。为避免类似泄漏故障,建议如下:1)对于线圈的使用环境,应选择夹杂物较少的优质316L不锈钢材料。2)控制工作介质的纯度,尽量避免腐蚀性物质对管道的影响。3)线圈部件弯曲焊接后进行热处理,有效释放残余应力。参考文献:略。2020年第5期金属加工(热加工)第28期发表本文~30页,作者:南京锅炉压力容器检验研究院 方学锋、梁斌、业成、张伯君、于永亮,原标题:316L分析不锈钢盘管泄漏失效。
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?来源:金属加工 ?本文编辑:热加工编辑部 ?媒体合作: 010-
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