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换热器管口如何处理裂纹

某厂的不锈钢换热器。在使用一年多时间后,管口处相继产生贯穿性裂纹.影响了工厂的日常生产.酝酿着严重的安全隐患。裂纹从管口胀接处开始,逐渐向另一管孔延伸,管口的交界处有锈状物包裹.剥去包裹物后用肉眼观察可见管孔周边存在多条裂纹,裂纹总长 600Im 以上。为找到裂纹产生的原因并提出相应的改进措施.对管板材质化学成分、断口形貌、介质环境、腐蚀产物、金相组织等进行了分析,综合分析裂纹的成因。

腐蚀机理分析

1 、材质影响

不锈钢的耐蚀性主要是因为表面有一层钝化膜,提高了电极电位,可以阻止腐蚀反应发生。而管板材质不良,缺钛且碳含量偏高,

易造成晶界贫铬现象.产生活态一钝态微电池。一般的 1Cd8Ni 蛐中钛含量为碳含量的 5 一 10 倍.这样才能起到稳定化作用。但本材质钛含量过低,而碳含量偏高。若材料在制造或使用过程中经过敏化温度区。不稳定的碳容易在晶界消耗大量的铬形成碳化铬析出,内部的碳向晶界扩散的速度比铬快.晶界的铬得不到补充致使晶界出现贫铬区 ( 即敏化 ) .形成不了钝化膜,使晶界钝态受到破坏,电极电位下降 ( 阳极、活态 ) ,而晶粒本身仍维持钝态,电位较高 ( 阴极 ) ,晶粒与晶界构成活态一钝态微电池,且具有大阴极一小阳极的面积比,在这种藕合加速效应的影响下.导致材料晶间腐蚀,同时抗晶间型应力腐蚀的能力也有所下降。

2 、介质环境、应力因素

敏感的合金一对 lCd8Ni 朔而言。在有氯化物、氢氧化物和连多硫酸的介质中。均能引起应力腐蚀。静的拉伸应力一如果没有静的拉伸应力,即使有敏感的合金与特定的介质配合。应力腐蚀也不会发生。在不锈钢应力腐蚀中起主要作用的是宏观内应力。即残余拉应力,而不是微观内应力。换热管与管板胀接后,存在胀接应力 ( 残余拉应力 ) 。

特征介质一特别是溶液中的一些杂质.即所谓特征离子的存在是最为危险的。在 200 ℃ 水中仅含 2ppm Cr ,便可使奥氏体不锈钢产生应力腐蚀。并多数以点蚀、缝隙腐蚀为起源。

水汽报告表明,其 Cr 含量足以在 200 一 300 ℃ 时使不锈钢产生晶间型应力腐蚀。 EDS 分析结果也表明,裂纹面内有明显的 Cr 局部富集。

3 、闭塞电池的形成

由于胀接部位缝隙内溶液处于滞流状态。氧只能以扩散的方式向缝内传递。使缝内的氧耗难以得到补充。从而使缝隙内的阴极反应中止。然而,缝隙内的阳极反应继续进行,形成一个高浓度金属正离子溶液的空腔。为保持溶液中性,带负电荷的阴离子 (Cr) 迁移人空腔内,生成的金属氯化物又发生水解反应,空腔内酸性增加。导致钝化膜破裂,使空腔内电极电位下降,形成为阳极,整个外表面形成为阴极。尤其是 Cr 可与 H+ 生成盐酸.其腐蚀性更强。加速了空腔内的腐蚀速度。由于材质中钦含量不足。也易引起钝态的活化。随着腐蚀的进行及腐蚀产物的沉积.缝隙内形成闭塞电池腐蚀.并在应力和腐蚀的联合作用下。扩展为裂纹向纵深发展。

4 、冶金、热处理因素

金相组织显示为奥氏体加大量的未溶碳化物.同时存在沿晶分布的网状碳化物。说明该材料未经固溶处理,或固溶处理温度不高、时间较短,碳化物未充分溶鳃,合金化程度差。而且,热处理温度低,铬扩散速度减慢,碳化铬沉淀加快,更加速了贫铬区的形成,降低了电极电位。同时。沿晶分布的含铬碳化物会加剧晶界贫铬而导致沿晶界的应力腐蚀。

沿晶非金属夹杂物的存在说明该材料晶粒很粗。粗晶粒的晶间腐蚀倾向大。原因在于粗晶单位体积的晶界面积小,而在给定的敏化条件下产生的碳化物沉淀又是一定的。使粗晶的晶界部位碳化物密度比细晶的大。另一方面,粗大的晶粒有促使加速 M 23C6 沉淀的作用,同时沿晶分布的非金属夹杂物严重割裂基体的连续性,降低了材料的强度.非金属夹杂的尖端极易造成应力集中。

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