温州不锈钢弯头开裂失效分析结果

  某环境再生能源公司的脉冲吹灰器是利用空气与可燃气体如氢气、乙炔气、煤气、液化气和天然气等，以适当的比例混合在一特殊的容器中，经高频点火产生爆燃，瞬间产生的巨大声能和大量高温高速气体，以冲击波的形式振荡、撞击和冲刷受热面管束，使其表面积灰飞溅，随烟气带走。脉冲吹灰器的直吹管使用不锈钢弯头，设备运行约半年后，十几个弯头出现了开裂现象。为了查明开裂原因，笔者对其进行了检验和分析。

一、开裂弯头检查

  1. 宏观形貌

     开裂不锈钢弯头的宏观照片如图所示。开裂发生在弯头弧度最大的地方。开裂处未见明显塑性变形，为脆性断裂特征。开裂弯头的内部管壁上有大量的锈垢.较厚部位约2mm，主要分布在弯头开裂处及其两侧。

  2. 化学成分分析

   使用Q8 MAGELLAN直读光谱分析仪对断裂弯头进行化学成分检测，结果见表，检测结果满足GB/T 20878-2007要求。

  3. 金相组织

   使用金相显微镜对不锈钢弯头断裂处进行金相分析，侵蚀剂为王水溶液.组织为奥氏体+铁素体。断裂处显微组织如图所示。断裂处裂纹形貌如图所示。裂纹从样品表面逐渐向内部延伸，并伴有树枝状，而树枝状裂纹是不锈钢在氯离子环境下应力开裂的典型特征，且裂纹呈穿晶断裂特点。

  4. 断口形貌分析

   将裂纹打开，不锈钢弯头从外表面向里约有1 mm宽的区域呈现金属光泽，可以推断裂纹是先从内部扩展。用扫描电镜进行断口扫描，断口形貌呈泥状花样，而泥状花样为应力腐蚀的典型形貌。能谱分析结果如图所示，断口表面腐蚀部分及弯头内壁腐蚀部分均存在氯、硫元素。

二、分析和讨论

   不锈钢弯头的裂纹起源于弯头内部。脉冲吹灰器的不锈钢弯头的化学成分符合相关标准的要求，其基体组织为奥氏体组织，晶粒较细、较均匀。该不锈钢弯头长期处在600~700℃高温环境，并且所处的环境中含有抓离子、硫离子，这些都是引起铬镍不锈钢应力腐蚀开裂的敏感介质离子。脉冲吹灰器每隔一段时间进行吹灰，弯头受到一定的拉应力。在敏感介质离子和拉应力的双重作用下，不锈钢弯头从内部产生应力腐蚀裂纹。

三、结论

   虽然304不锈钢属于18-8系列奥氏体不锈钢，成分上降低了碳含量，提高了镍含量，改善了应力腐蚀性能，但在高温、拉应力、腐蚀介质等运行条件下抗应力腐蚀破裂性能较差，不适合在该环境下长期使用，因而建议更换炉管钢材料，如HP40等。