產(chǎn)品參數(shù) | |
新型號 | 7216 |
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品牌 | NSK |
分類 | 深溝球軸承 |
東莞市西力軸承有限公司
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表一
注: fl 為動態(tài)安全系數(shù)安全分析氫氣預(yù)熱器連接螺栓失效分析及解決對策姜勇,鞏建鳴(南京工業(yè)大學(xué)機械與動力工程學(xué)院,江蘇南京009)從斷口宏觀特征、材質(zhì)、斷口電鏡形貌以及微觀組織等方面對發(fā)生斷裂的氫氣預(yù)熱器連接螺栓進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,螺栓斷口腐蝕產(chǎn)物為單純的FeS晶粒。根據(jù)高溫硫腐蝕機理分析,確定該連接螺栓的斷裂是一起典型的高溫硫環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂失效案例,主要是由于工作介質(zhì)中含有硫化氫或者硫蒸汽所致。建議提高材料等級,采用0Cr18N i10T i不銹鋼螺栓,以解決腐蝕問題。
35CrM oA氫氣預(yù)熱器連接螺栓高溫硫腐蝕1宏觀分析某烯烴廠氫氣預(yù)熱器運行4年后,在檢修時發(fā)現(xiàn)連接管板的螺栓中有3根已經(jīng)完全斷裂,其余螺栓也都有不同程度的開裂和腐蝕。該預(yù)熱器管程操作壓力3 M Pa,進(jìn)口溫度391 e ,出口溫度e ,殼程操作壓力4 MPa,進(jìn)口溫度177 e ,出口溫度375 e ,管程和殼程材質(zhì)均為0Cr18N i10T i介質(zhì)也均為氫氣烴類化合物。連接螺栓直徑a300斷裂螺栓宏觀特征如圖1所示,螺栓已經(jīng)完全斷開,整個斷口以及螺栓和螺母外表面均覆蓋腐蝕產(chǎn)物,該腐蝕產(chǎn)物具有一定金屬光澤,性脆,輕敲即層狀脫落,脫落后暴露出的表面顏色灰黑。另據(jù)現(xiàn)場技術(shù)人員反映,拆卸時聞到較濃的臭味。
為查明失效原因,對螺栓從材質(zhì)、斷口腐蝕產(chǎn)物的形態(tài)和成分以及金相組織等方面進(jìn)行了研究。
2螺栓材質(zhì)分析螺栓材質(zhì)檢測結(jié)果如表1所示。從檢測結(jié)果可以看出,材質(zhì)合格。
元素名稱檢測含量( )標(biāo)準(zhǔn)含量( )3斷口掃描電鏡分析利用掃描電鏡對斷口進(jìn)行分析,結(jié)果見圖2, 3.
斷口具有金屬光澤的外層腐蝕產(chǎn)物呈較緊密排列的巖石狀特征(見圖2),腐蝕產(chǎn)物的EDS分析結(jié)果顯示(),這些顆粒中只含有Fe和S兩種元素,且原子個數(shù)比基本是1B1( 49B50),因此,可以確定該腐蝕產(chǎn)物為FeS晶體。
元素質(zhì)量含量( W t )原子含量( At )斷口表面外層的FeS晶粒有部分剝落,露出內(nèi)層的腐蝕產(chǎn)物,內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物的形貌以及成分見少量Cr, M n, S i等基體金屬中的合金元素以及O元素外,主要組分仍然是原子比為1? 1的Fe和S.
元素質(zhì)量含量( W t )原子含量( At )分析結(jié)果表明腐蝕產(chǎn)物無論是形態(tài)還是成分,都屬于典型的高溫硫(硫化氫)腐蝕產(chǎn)物。無論S還是單質(zhì)硫,在高溫下都會對Fe產(chǎn)生較強的腐蝕。H S在高溫下能夠直接與Fe反應(yīng):雖然單質(zhì)硫在常溫下較穩(wěn)定,但在高溫下( 35 400 e ),可以直接和Fe生成硫化物:另外,在H存在的條件下,單質(zhì)硫的腐蝕性更強。如230 e時,硫蒸汽對鋼的腐蝕不太明顯,但在富H環(huán)境下,卻能與Fe迅速反應(yīng),造成的腐蝕程度要比相同條件下H S腐蝕嚴(yán)重數(shù)倍。這是因為金屬表面具有催化活性, S和H經(jīng)催化在金屬表面形氫氣預(yù)熱器連接螺栓失效分析及解決對策成高濃度的H S,而導(dǎo)致極強的腐蝕性在隔絕空氣的條件下,典型的金屬硫化腐蝕產(chǎn)物大致可以分為二層。外層結(jié)構(gòu)疏松,性脆極易脫落,以FeS柱狀晶為主內(nèi)層較細(xì)致,但晶格缺陷多,組分除了FeS外,還含有基體材料中所含的合金元素。
由于硫化物層結(jié)構(gòu)不夠致密,且極易脫落,因此金屬的硫化腐蝕層對提高基體金屬的抗腐蝕性能沒有任何貢獻(xiàn),相反,金屬發(fā)生硫化腐蝕后,體積要膨脹為原來的 倍,因此,會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力,加速裂紋的擴展高溫硫腐蝕一般具有均勻腐蝕的特征,但是,如果材料同時還受到較大的應(yīng)力作用,也會出現(xiàn)由于含硫介質(zhì)和應(yīng)力綜合作用導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕開裂。
該氫氣預(yù)熱器服役溫度在177 391 e ,且為富氫環(huán)境,因此無論工作介質(zhì)中是含有較多的S還是S,都會對材料造成嚴(yán)重硫腐蝕。另外封頭螺栓工作時承受著較大的工作拉應(yīng)力,因此,很容易出現(xiàn)含硫介質(zhì)和應(yīng)力綜合作用導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕開裂。
4金相組織分析螺栓材料中存在較多的夾雜物,見圖4.夾雜物呈顆粒狀或條狀,且在外表面附近分布較密集,芯部數(shù)量較少。夾雜物對材料的強度和抗腐蝕性能都會產(chǎn)生不良影響。
該螺栓組織為索氏體少量上貝氏體,組織基本正常,但有粒狀碳化物沿著原奧氏體晶界析出(見圖5),這會導(dǎo)致材料抗晶間腐蝕能力下降,在腐蝕介質(zhì)的作用下很容易出現(xiàn)沿晶開裂。在主斷裂面附近觀察到的二次裂紋形貌見圖6,裂紋中充滿腐蝕產(chǎn)物,且具有明顯的沿原奧氏體晶界發(fā)展的特征,這與碳化物析出有一定關(guān)系。
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