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分享:00Cr17Ni14Mo2钢法兰裂纹的产生原因

2023-02-22 15:38:25 

周宝瑜

(西南实验检测中心,重庆 401120)

:00Cr17Ni14Mo2钢法兰在拆除后,准备进行焊接并二次利用时发现裂纹用宏观察断口分析及力学性能测试等方法,对该法兰产生裂纹的因进结果表明:该法兰的开裂性质为应力腐蚀开裂,裂纹主要发生在受拉应力最大的部位;该法兰 的碳元素含量过高,使材料的耐腐蚀性能降低,最终导致法兰产生裂纹

关键词:00Cr17Ni14Mo2;;;中图分类:TB31;TG115.2 :B 编号:1001-4012(2022)11-0069-03

00Cr17Ni14Mo2钢是一种超低碳奥氏体不锈 ,焊接性能良好,对亚硫酸磷酸亚硫酸盐均有良 好的耐腐蚀性,一般用于制造化工工业设备某公 司外购一成品法兰用于磷酸+磷铵装置的连接管道 ,该法兰的材料为00Cr17Ni14Mo2,在进行焊 接并准备二次利用时发现法兰产生了裂纹笔者采 用宏观观察化学成分分析金相检验断口分析及 力学性能测试等方法,对该法兰产生裂纹的原因进 行分析,以避免该类问题再次发生

1 理化检验

1.1 宏观观察

开裂法兰的宏观形貌如图1所示由图 1 :裂纹位于连接孔内侧,沿径向呈十字线分布,法兰面开口较宽,焊缝一侧较为纤细,裂纹从法兰面 向焊缝一侧扩展,已贯穿法兰厚度;焊缝一侧两连接 孔外侧亦有裂纹,裂纹扩展方向一致;连接孔外侧裂 纹尾端有分支,字形断续扩展将该法兰沿裂纹处人工打开,观察断口形貌,果如图2所示由图2可知:裂纹断面较平齐,被淡 绿色附着物覆盖,断口附近未见宏观塑性变形痕迹; 人工撕开区域呈金属光泽


1.2 化学成分分析

对开裂法兰取样进行化学成分分析,结果如表 1所 示由 表 1 可 知,该 法 兰 的 碳 元 素 含 量 超 出 GB/T1220—2007 不锈钢棒00Cr17Ni14Mo2 钢的要 求,其 他 各 元 素 含 量 均 符 合 GB/T1220— 2007

1.3 分析

Quanta250型扫描电镜(SEM)观察断口,果如图3所示由图3可知:断口绝大部分被附着 物覆盖,无法分辨形貌,裂纹扩展的尾端可见沿晶断口和沿晶界分布的二次裂纹;面积极小的人工撕开 区域断口为韧窝形貌

用能谱仪(EDS)对断口表面的附着物进行分 4 断口表面附着物的 EDS分析结果 ,结果如图4所示,可见附着物中除了金属基体元素外,主要含有氧磷等元素1.4 金相检验 在开裂法兰断口处纵向截取金相试样,经磨制抛光后,按照 GB/T10561—2005钢中非金属夹杂 物含量的测定 标准评级图显微检验法进行非金属 夹杂 物 评 级,结 果 为 A1.5 ,B1 ,C1.5 , D1将试样经三氯化铁+盐酸+乙醇溶液侵蚀后, 观察试样的显微组织形貌,结果如图5所示由图 5可知:试样基体组织为奥氏体+沿晶分布的碳化 ;内孔表面有向焊缝部位扩展延伸的树枝状裂纹, 尾部有明显的分叉,呈典型的应力腐蚀开裂特征[1], 主裂纹及裂纹尾部两侧均可见较多沿晶界分布的二 次细裂纹


1.5 力学性能测试

对开裂法兰取样进行力学性能测试,结果如表 2所示由 表 2 可 知,该 法 兰 的 硬 度 高 于 GB/T 1220—2007的 要 求,抗 拉 强 度 符 合 GB/T1220— 2007的要求

2 综合分析

由宏观观察和断口分析结果可知,该开裂法兰 发生了应力腐蚀开裂该法兰的使用环境为磷酸+ 磷铵,断口上含有大量的氧磷元素,因此判定该裂 纹为应力腐蚀裂纹应力腐蚀开裂是金属零件在应 (施加的外应或残余应力)和腐蚀介质的作用下 所引发的开裂[2]由化学分析结果可知,该开裂法兰的碳元素含 量严重超标碳元素含量过高使材料的耐腐蚀性能 降低,材料容易在拉应力及腐蚀介质的共同作用下 发生应力腐蚀开裂法兰与管道的连接方式是将管子插入法兰内孔 的适当位置,然后进行搭焊在该状态下,法兰在 90°十字线方向上受到的拉应力最大,此处局部微区 产生滑移台阶,破坏了表面的保护膜,露出了新鲜的 合金表面在滑移台阶附近的滑移带上,堆积了大 量的位错,少量合金元素和杂质原子在滑移带上析 ,使得滑移台阶附近的金属活化,成为了电化学腐 蚀的阳极,保护膜未破裂区成为了,弱腐蚀介质中,发生电化学腐蚀[3]的产生条件是材料受小应力的机械作用有滑移台 阶和电化学阳极,而腐蚀的本质是化学作用因此, 该法兰拉应力最大处满足机械-电化学反应假设理 ,极易产生应力腐蚀裂纹,该法兰裂纹主要发生的 位置也与之对应磷酸与磷铵为敏感应力腐蚀介 ,该环境条件易使 Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢发生电 化学腐蚀

3 结论与建议

该法兰的开裂性质为应力腐蚀开裂,产生原因 :法兰中的碳元素含量过高,降低了材料的耐腐蚀 性能,促使法兰发生应力腐蚀开裂;材料在服役中存 在装配应力和残余应力,服役环境符合产生应力腐 蚀的介质条件建议选择合适的材料和装配措施,降低零件的 装配应力,迫装使用时,法兰间用衬垫密 封好,避免与腐质直接触.