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不銹鋼膨脹節開裂失效原因分析

文檔作者：王鵬孫永哲文檔來源：遼陽石化分公司機械廠		點擊數：	更新時間： 2025年10月21日
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石油和化工設備
2O12年第15卷
不銹鋼膨脹節開裂失效原因分析
王鵬，孫永哲
(遼陽石化分公司機械廠， 遼寧遼陽11 1 003)
[摘 要] 分析了一批膨脹節交付后試壓開裂失效的原因，確定為膨脹節在酸洗介質中停留時間過長，導致晶間腐蝕發
生，晶界弱化，材料力學性能惡化。提出了嚴格按工藝控制酸洗時間的整改措施。
[關鍵詞]不銹鋼膨脹節；裂gK；金相檢測；硬度檢測；失效分析
201 0年， 我廠為某 業生產一批不銹鋼膨
脹 ，材質為0Crl 8Ni9。 藝流程：下料一滾筒
焊接 熱處理一組焊模具一組裝壓型一機加一裝
一榆驗(打壓、滲透探傷等)一酸洗(采用白
調酸洗膏：HCI+HNO +膨脹土+水)。 廠前，各
項檢驗均合格。交付客戶使用后，在現場試壓過
程中，膨脹節出現開裂現象。
1化學成分和機械性能檢測結果
對開裂膨脹節取樣進行化學成分分析，結果
顯示，各元素成分均符合標準規定，詳見表1。
表1 0Crl8Ni9化學成分
厄素名稱 C Si Mn P S Ni Cr
標準值％ ≤O．O7 ≤1．0O ≤2．OO ≤O．035 ≤0．030 8．0O～l1．OO l7．O0～19．OO
檢測值％ 0．047 0．63 1．26 0．030 O．0O1 8．O6 17．O6
生產此批膨脹節前，對原材料進行過力學性
能試驗，見表2。
表2 原材料力學性能
項日 抗拉強度MPa 屈服強度MPa 斷后伸長率A／％
標準值 ≥520 ≥205 ≥40
檢測值 720 260 54
對開裂膨脹節取樣后的力學性能試驗，見表3。
表3 開裂膨脹節取樣力學性能
項L{ 抗拉強度MPa 屈服強度MPa 斷后伸長率A／％
標準值 ≥520 ≥205 ≥40
榆測值 970 705 30
表2表明，原材料力學性能符合標準。表3的
結果表明，開裂膨脹節材料由于某種原因，強度
人大提高，延伸率下降。
2宏觀形貌情況
開裂膨脹節宏觀形貌如圖l～4所示。膨脹節在
波峰部位沿圓周方向開裂(見圖2～4箭頭)。開裂
處暑斷續狀或齒形直裂紋， 由中問開裂部位向兩
側擴展，開裂區域邊緣無宏觀塑性變形。樣品取
自殲裂膨脹節有標記處，如圖5所示。將圖5兩樣
品分別編為1 、2 ，其中右側的1 樣取自焊縫所在
區域(見箭頭)。
圖1 實物
圖2 實物
作者簡介：王鵬，男，吉林公主嶺人，2007年畢業于吉林大學
測控技術與儀器專業。現在中國石油遼陽石化分公司任檢驗助理
工程師。
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36一 ■ 技術交流 2石0油和化工設備
12年第15卷
5顯微硬度檢測
隨機檢測了開裂膨脹節以及原材料樣品的顯
微硬度，結果如表4所示。開裂膨脹節顯微硬度檢
測結果與金相組織吻合，說明膨脹節在冷壓過程
中材料部分基體組織發生了由奧氏體向馬氏體的
轉變，從而導致機械性能惡化，發生斷裂。
表4 顯微硬度檢測結果
硬度指標 HV1
原材料檢測值 224 2l3 2l9
開裂件檢測值 388 39l 385 418 388 403
6檢測分析結果
6．1開裂膨脹節金相組織及顯微硬度檢測結果表
明，基體有馬氏體組織存在，該組織是開裂件
在冷加工(壓型)變形硬化過程中發生的由奧
氏體向馬氏體的組織轉變。馬氏體組織耐蝕性
差，會使構件在腐蝕性介質中的受腐蝕傾向增
大。
6．2開裂斷口顯示沿晶斷裂特征，說明材料晶界
存在弱化或脆化現象。根據膨脹節制造工藝，
未發現檢驗工序前存在引發晶界弱化的依據，
在酸洗工序中，同批次產品都存在酸洗時間過
長的問題，與開裂件受到穿透型晶間腐蝕相吻
合。
由氯元素引起的點蝕或應力腐蝕。根據酸洗介
質的組成模式，可排除氫致沿晶斷裂的可能。
微觀形貌顯示的馬氏體組織形態說明，酸洗過
程中，氧化性酸對晶界產生了明顯的腐蝕作
用，使材料晶界弱化，力學性能下降。當膨脹
節內表面受壓時，外表面承受拉應力作用，引
發構件在薄弱部位產生了垂直于拉應力方向即
沿圓周方向擴展的裂紋。
7結語
針對此次膨脹節開裂事件，我方進行了大量
的檢測來分析事故的原因，最終確定， 開裂膨脹
節在酸洗介質中停留時間過長， 導致了晶間腐蝕
的發生，使晶界弱化，材料力學性能惡化。當膨
脹節試壓承受外應力作用時， 引發了薄弱部位產
生沿晶脆性開裂。在今后膨脹節生產中，要嚴格
按工藝控制酸洗時間，保證產品質量，滿足用戶
需要。
◆ 參考文獻
【1]壓力容器相關標準匯編[M]．北京：中國標準出版社
2009．
【2]鋼鐵金相學與熱處理常識[M]．北京：冶金工業出版社
1975．
【3】金相檢驗技術基礎【M】．北京：機械工業出版社，1987．
6．3斷口表面無腐蝕坑及氯的腐蝕產物，可排除收稿 日期：2o12 o5~21i 修l國日期：20l2_0 _2O
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