316L不锈钢波纹管泄漏原因分析

　　0　引言

　　金属波纹管膨胀节作为现代热补偿技术已广泛应用,管道的热变形、机械变形、各种振动、大型贵重设备与管道间的柔性连接等都离不开波纹管膨胀节。波纹管膨胀节的设计制造具有投资小、见效快等特点,使其得到广泛应用[1]。随着波纹管膨胀节在供热管网中的大量使用和适用范围的不断扩大,膨胀节腐蚀失效的现象也随之增加。对失效的波纹管进行分析研究,确定波纹管失效的原因,对于保障热力管道的安全运行有重大意义。

　　某外压式膨胀节波纹管产品材料为316L不锈钢,工作条件下,管内介质为海水,波纹管在装配使用一个月后发生泄漏。该波纹管采用3层套筒后成型(单层厚度为1. 2mm),其使用时作为内管,外管为玻璃棉管,内外管之间通以210℃的水蒸汽,工作压力为1. 1MPa。本文通过断口观察、金相及化学分析,对波纹管泄漏的失效原因进行了分析,并提出相应改进措施。

　　1　试验过程与结果

　　1.1　宏观检查

　　失效波纹管外观形貌见图1,可见,整个波纹管呈锈红色,管内壁尤为严重,几乎不见金属光泽。管内壁裂纹形貌见图2,裂纹出现在管内壁波峰处,沿管周向分布,严重处裂纹已完全爆开,在爆裂附近未观察到宏观塑性变形痕迹,裂纹尖端分支明显;波纹管外壁未见裂纹。波纹管开裂严重处存在大量白色产物附着在管壁表面及断口上(图3),放大观察发现白色产物呈结晶形态。

　　1.2　断口检查及能谱分析

　　在扫描电镜下对断口进行观察,断面上附着有大量泥纹状(图4a)以及针状腐蚀产物(图4b),对腐蚀产物进行成分分析,结果发现,除含有Mg、Al、Si、Ca、Na、Cr、Fe等元素外,还存在O、Cl、S等腐蚀性介质元素。将断口进行清洗,清洗后发现断面呈现明显的河流及扇形花样(图5、图6),属脆性解理断裂[2]。

　　1.3　金相检查

　　波纹管的显微组织见图7,可见其显微组织均匀,为正常的奥氏体,依据ASTM E112图谱对其晶粒度进行评级,级别为8级。另外,还可见清晰明显的成型流线;主裂纹以穿晶为主,局部呈沿晶形貌,裂纹前沿出现多个呈树枝状的分支裂纹(图8、图9),为典型的应力腐蚀开裂形貌[2]。

　　1.4　化学分析

　　从失效波纹管上取样进行化学成分分析,结果见表1,可见波纹管化学成分符合ASTMA276—1996技术条件要求,其中Ni元素含量接近标准要求的下限, Cr元素含量接近标准要求的上限。

　　2　分析与讨论

　　综上所述,裂纹出现在波纹管内壁波峰处,有主干、有分支,肉眼即可见管壁夹层间及断口上附着大量白色腐蚀产物,此为宏观应力腐蚀开裂断口形貌。零件断口呈现出以解理断裂为主的脆性断裂特征,断面上附着大量含O、Cl、S等腐蚀性元素的泥纹状或结晶状腐蚀产物。波纹管基体为正常的奥氏体组织,晶粒度为8级,裂纹以穿晶为主,分支裂纹呈树枝状,具有典型的微观应力腐蚀断裂特征。波纹管成型流线符合图纸设计要求。