溫州不銹鋼彎頭開裂失效分析結果

  某環境再生能源公司的脈沖吹灰器是利用空氣與可燃氣體如氫氣、乙炔氣、煤氣、液化氣和天然氣等，以適當的比例混合在一特殊的容器中，經高頻點火產生爆燃，瞬間產生的巨大聲能和大量高溫高速氣體，以沖擊波的形式振蕩、撞擊和沖刷受熱面管束，使其表面積灰飛濺，隨煙氣帶走。脈沖吹灰器的直吹管使用不銹鋼彎頭，設備運行約半年后，十幾個彎頭出現了開裂現象。為了查明開裂原因，筆者對其進行了檢驗和分析。

一、開裂彎頭檢查

  1. 宏觀形貌

     開裂不銹鋼彎頭的宏觀照片如圖所示。開裂發生在彎頭弧度最大的地方。開裂處未見明顯塑性變形，為脆性斷裂特征。開裂彎頭的內部管壁上有大量的銹垢.較厚部位約2mm，主要分布在彎頭開裂處及其兩側。

  2. 化學成分分析

   使用Q8 MAGELLAN直讀光譜分析儀對斷裂彎頭進行化學成分檢測，結果見表，檢測結果滿足GB/T 20878-2007要求。

  3. 金相組織

   使用金相顯微鏡對不銹鋼彎頭斷裂處進行金相分析，侵蝕劑為王水溶液.組織為奧氏體+鐵素體。斷裂處顯微組織如圖所示。斷裂處裂紋形貌如圖所示。裂紋從樣品表面逐漸向內部延伸，并伴有樹枝狀，而樹枝狀裂紋是不銹鋼在氯離子環境下應力開裂的典型特征，且裂紋呈穿晶斷裂特點。

  4. 斷口形貌分析

   將裂紋打開，不銹鋼彎頭從外表面向里約有1 mm寬的區域呈現金屬光澤，可以推斷裂紋是先從內部擴展。用掃描電鏡進行斷口掃描，斷口形貌呈泥狀花樣，而泥狀花樣為應力腐蝕的典型形貌。能譜分析結果如圖所示，斷口表面腐蝕部分及彎頭內壁腐蝕部分均存在氯、硫元素。

二、分析和討論

   不銹鋼彎頭的裂紋起源于彎頭內部。脈沖吹灰器的不銹鋼彎頭的化學成分符合相關標準的要求，其基體組織為奧氏體組織，晶粒較細、較均勻。該不銹鋼彎頭長期處在600~700℃高溫環境，并且所處的環境中含有抓離子、硫離子，這些都是引起鉻鎳不銹鋼應力腐蝕開裂的敏感介質離子。脈沖吹灰器每隔一段時間進行吹灰，彎頭受到一定的拉應力。在敏感介質離子和拉應力的雙重作用下，不銹鋼彎頭從內部產生應力腐蝕裂紋。

三、結論

   雖然304不銹鋼屬于18-8系列奧氏體不銹鋼，成分上降低了碳含量，提高了鎳含量，改善了應力腐蝕性能，但在高溫、拉應力、腐蝕介質等運行條件下抗應力腐蝕破裂性能較差，不適合在該環境下長期使用，因而建議更換爐管鋼材料，如HP40等。