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2520不銹鋼

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2520不銹鋼管開裂原因分析與研究

來源:至德鋼業 日期:2020-12-15 17:51:27 人氣:915

 浙江至德鋼業有限公司通過宏觀、金相、掃描電鏡和化學分析技術對2520不銹鋼管膨脹接頭開裂缺陷進行分析。結果表明:膨脹接頭管壁存在嚴重減薄、高溫氧化、逐層剝落及蠕變孔洞等現象。一方面是工作熱質對管內壁的沖蝕,使管壁減薄到一定程度而不能承受出風管的系統應力而開裂曰另一方面是2520鋼在高溫環境中長期使用會析出對晶間腐蝕敏感的滓相和晶間碳化物,易造成晶間脆性斷裂。此外,高溫下管壁內部位錯攀移形成蠕變孔洞,蠕變孔洞長大并連接成蠕變裂紋曰蠕變孔洞和蠕變裂紋降低了膨脹接頭強度,提升了工作熱質對管壁的沖蝕速度。


 2520不銹鋼管即0Cr25Ni20不銹鋼管,屬于奧氏體鉻鎳不銹鋼管系,因鉻、鎳含量較高而具有較好高溫蠕變強度,在高溫下能持續作業,具有很好抗氧化性、耐腐蝕性和耐高溫性[1]。該不銹鋼管適用于排氣管道、熱處理爐、熱交換機和焚化爐等要求耐熱性的高熱或高溫接觸部件。但是,這些高溫部件在高溫下長期運行不可避免地面臨高溫氧化和高溫蠕變斷裂等問題。至德鋼業對該方面進行了研究。


一、理化檢驗


 某廠送檢熱風爐出風管膨脹接頭開裂樣品1件,其材質為2520不銹鋼管,工作溫度800~1100℃,工作壓力0.5kg。為確定樣品開裂產生的可能原因,通過宏觀、金相、掃描電鏡及化學成分分析等手段對樣品進行分析。


 1. 宏觀形貌檢驗


 據稱膨脹接頭工作時的外觀發紅,正對熱風爐(爐內工作熱質為焦爐煤氣)出熱風部位的膨脹接頭厚度從3mm嚴重減薄至0.3mm左右而發生開裂。送檢開裂碎片的形貌見圖,圖還表明了取樣位置及取樣編號。減薄區域有明顯的塌陷形貌,圖顯示了樣品內壁塌陷區形貌。圖為開裂樣品邊部在體視顯微鏡下的放大形貌。圖顯示樣品塌陷區截面的野柵欄狀冶斷口形貌,圖顯示樣品上未塌陷區域截面的野冰糖狀冶斷口形貌。觀察發現,無論是塌陷區還是未塌陷區的管壁,其厚度均有較大程度減薄。


 2. SEM斷口檢驗


 從送檢樣品上分別按照前述位置手工鋸取試樣D、F,將D、F試樣的斷口部位分別置于JSM5600LV型掃描電鏡下觀察。D試樣截面顯示野柵欄狀冶斷口形貌。柵欄均垂直于管壁方向,是管壁受到氣流沖蝕的結果。F試樣截面顯示蠕變產生的野冰糖狀冶斷口形貌,亦顯示出高溫作用下,試樣外壁受到拉應力而產生的沿晶裂紋,裂紋尖端兩邊的晶粒出現了45毅方向的滑移線。圖分別顯示F試樣斷口位置和塌陷區位置管內壁的凹凸不平的放大形貌,凹下去的區域為沖刷掉氧化殼層露出的管壁基體,凸起來的區域為沒有沖刷掉的氧化殼層。錳和鎳已消耗殆盡,鉻也有大部分損失,表的能譜分析結果證明了這一結論。


 3. 金相分析


 將E和G試樣垂直于斷口的面均制備成金相試樣,試樣的拋光態形貌見圖,無論是未塌陷區還是塌陷區均顯示側壁上有氧化質點,且基體內部有大量蠕變孔洞,圖顯示與D試樣類似的野柵欄狀冶斷口截面,這進一步說明野柵欄冶斷口的形成與沖蝕剝落有關。拋光態試樣用鹽酸高氯化鐵水溶液腐蝕后,于MeF3顯微鏡下觀察,發現試樣的基體組織為奧氏體+微量碳化物,奧氏體晶粒度級別為1.5級。蠕變孔洞呈沿晶分布。


 4. 化學分析


 用直讀光譜測定送檢2520不銹鋼管試樣的化學成分,并將測定結果和GB/T20878-2007中的06Cr25Ni20不銹鋼管的化學成分值同時錄于表。由于膨脹接頭使用條件惡劣,送檢樣品嚴重氧化減薄,由表可看出:送檢試樣的化學成分基本滿足國標規定值。


二、分析與討論


  膨脹接頭的材質為2520不銹鋼管,該在800~1100℃內會生成保護性的氧化膜,如FeO、Cr2O3、Fe2O3和尖晶石結構的FeCr2O4、NiCr2O4等。但是,由于管道內高速氣流的沖蝕,氧化膜易脫落。


本文標簽:2520不銹鋼管 

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