波紋管開裂斷裂原因分析

破裂、斷裂、開裂原因分析

        由宏觀形貌觀察和化學(xué)成分分析結(jié)果可知：在波紋管裂紋周圍未發(fā)現(xiàn)夾渣、氣孔、疏松等冶金缺陷;波紋管的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。奧氏體不銹鋼的敏化溫度區(qū)間為450~850℃, 在該溫度范圍內(nèi)鉻元素容易在晶界附近富集, 形成M23C6型碳化物, 從而導(dǎo)致晶界附近出現(xiàn)貧鉻區(qū), 使晶間的耐腐蝕能力急劇下降, 在腐蝕介質(zhì)作用下產(chǎn)生晶間腐蝕。研究表明, Inconel 800合金退火溫度在550~800℃范圍內(nèi), 隨退火溫度的升高, 敏化度先上升后下降。失效波紋管的工作溫度為500℃左右, 接近于敏化溫度區(qū)間, 同時晶界處的析出物主要為富鉻的M23C6型碳化物, 這符合"貧鉻理論"。

        由裂紋和斷口形貌的分析可知:波紋管裂紋的發(fā)生是晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕聯(lián)合作用的結(jié)果, 且優(yōu)先發(fā)生晶間腐蝕;波紋管斷口主要為沿晶斷裂特征, 斷口腐蝕產(chǎn)物中硫元素含量較高。在石化行業(yè)中, 連多硫酸環(huán)境容易引起設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋, 連多硫酸一般是加工含硫原油的裝置在停工期間, 殘留在設(shè)備中的含硫腐蝕產(chǎn)物與水和氧反應(yīng)生成的。由連多硫酸引起的應(yīng)力腐蝕裂紋呈沿晶特征, 并且波紋管的工作介質(zhì)中含有烴類、水蒸氣、一定量的含硫物質(zhì), 這就為連多硫酸的形成提供了條件, 因此該波紋管失效的原因為連多硫酸造成的應(yīng)力腐蝕開裂。在連多硫酸介質(zhì)中, 鉻在晶界上富集而形成貧鉻區(qū)后, 基體和晶界上的碳化鉻之間所形成的微電池使貧鉻區(qū)優(yōu)先溶解, 從而發(fā)生晶間腐蝕。

        與普通的壓力容器相比, 波紋管的工作狀況更惡劣, 除了要承受工作溫度、壓力、介質(zhì)的作用, 還會產(chǎn)生較大的變形。波紋管通過變形來提供管道補償所需要的位移, 位移導(dǎo)致波紋管產(chǎn)生較高的軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力, 使得裂紋以橫向裂紋為主, 并存在一些與橫向裂紋呈一定角度的斜裂紋。在很多情況下, 波紋管還會受到機械振動以及管道內(nèi)介質(zhì)流動時所引起的振動作用, 同時管道、介質(zhì)、保溫材料的自重作用會引起波紋管產(chǎn)生一定的彎矩, 因此波紋管在工作時的應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜。由此可知, 晶間腐蝕所產(chǎn)生的微裂紋為裂紋源, 在應(yīng)力作用下, 微裂紋擴展并導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的形成。

        此外, 波紋管組織的晶粒比較粗大, 對材料的性能會產(chǎn)生不利的影響, 同時晶界的強度也急劇下降。因此, 在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下, 晶粒粗大將增大晶間腐蝕傾向, 并加速裂紋的擴展。

結(jié)論與措施

(1) 波紋管裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于波紋管在使用過程中發(fā)生敏化現(xiàn)象, 并處于停工期間所產(chǎn)生的連多硫酸介質(zhì)中, 沿晶界析出M23C6型碳化物, 鉻在晶界上富集并形成貧鉻區(qū), 從而產(chǎn)生晶間腐蝕, 所產(chǎn)生的晶間微裂紋為裂紋源;在應(yīng)力作用下, 微裂紋擴展并導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的形成。

(2) 建議提高該波紋管的工作溫度, 避開敏化溫度區(qū)間, 減少鉻在晶界上的聚集;停工期間保持設(shè)備干燥, 控制氧含量, 避免連多硫酸腐蝕環(huán)境的產(chǎn)生。