液化石油气罐车安全阀弹簧失效分析

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1、万方数据154化工机械2009年液化石油气罐车安全阀弹簧失效分析蒋跃宁。(兰州交通大学)何颜红(甘肃省锅炉压力容器检验研究中心)摘要通过对失效的液化石油气罐车安全阀弹簧宏观检查、材质分析、金相组织分析、断口和腐蚀产物分析，指出了安全阀弹簧断裂失效的原因，提出了防范措施。关键词罐体安全阈弹簧液化石油气失效分析中图分类号TQ055．8+l文献标识码B文章编号0254-6094(2009)02-0154-03安全阀是液化石油气贮运设备中最重要的安全附件之一。它的作用是当液化石油气贮运设备的压力超过限定值时，能及时起跳，泄

2、放部分气体，使设备内压力重新处于安全运行的范围内，从而避免了设备因超压引起胀裂或物理爆炸。由于安全阀的重要性，国家质检总局(原劳动部)和公安部门规定，在正常使用中，安全阀必须是有效的，即安全阀的生产和选用必须符合规定，状态必须良好。使用一段时间后，无论其性能如何，是否灵敏有效，均需重新检验，否则是无效的。甘肃锅检中心每年检验液化气体罐车近200余辆，安全阀弹簧发生断裂的现象时有发生。2005年检验发现，某受检单位使用的液化石油气罐车有约50％左右的罐车安全阀弹簧发生断裂。安全阀弹簧破坏形式很多，原因多种多样。为准确

3、了解受检罐车安全阀弹簧断裂的原因，随机将编号为0944207的罐车，型号为A412F-2．5-12的安全阀(校验开启压力2．42MPa)作为分析对象，对其进行失效分析，项目包括宏观检查、材质分析、金相组织分析、断口和腐蚀产物分析。1检测分析1．1宏观检查受检弹簧(图1)直径79mm，弹簧丝直径13．5mm，外表面有灰色油漆，局部油漆脱落，脱落处附着黑色和铁锈色的垢物，弹簧断裂面位于油漆脱落的地方，断裂面与弹簧丝轴向呈45。斜面，断裂后的弹簧无变形(图2)。图1受检断裂弹簧图2弹簧断口1．2化学成分分析对受检弹簧取样

4、进行化学成分分析，结果见表1。木蒋跃宁，男，1967年8月生，讲师。甘肃省兰州市，730070。万方数据第36卷第2期化工机械155分析结果表明弹簧中各元素符合GB／T1222—1984(弹簧钢》中的60Si2NnA材料标准，与该弹簧出厂质最证明文件相符。1．3断口分析弹簧断裂面呈45。斜断口，断面粗糙有油污，清洗后可见弹簧外圈点源起裂，源区外围是扇形区，扇形区与快速扩展区放射花样连接，扇形区和放射区中间有一条明显的弧线，扇形区面积较小占整个断面的1／6，快速扩展放射区面积较大，断裂面无明显腐蚀，无宏观翅性变形，无

5、明显的剪切唇(图2)。源区低倍可见弹簧次表面起裂，裂纹扩展扇形区氢脆准解理、韧窝和二次裂纹(图3)，裂纹前沿有弧线带，最后断裂区为韧窝(图4)。图3氢脆准解理、韧窝及二次裂纹图4孤线区内解理和韧窝弹簧断裂有以下特点：a．弹簧断裂面无腐蚀，无宏观塑性变形，无剪切唇，宏观呈脆性断裂特征。b．裂纹源于弹簧外圈表面和次表面。c．断裂微观形貌特征呈准解理、韧窝和二次裂纹的氢脆特点；在裂纹扩展的前沿和快速扩展区微观形貌特征为韧窝，表明在断裂过程中材料存在屈服，产生塑性变形。氢脆准解理、韧窝和二次裂纹是氢引起的材料脆化在断口上特

6、有的形貌特征。弹簧断裂是氢引起的应力腐蚀开裂。d．断裂面上不存在典型的疲劳断裂的特征。1．4金相组织金相组织分析取样在弹簧断口下20mm处，弹簧金相组织为有位相的回火索氏体(图5)，反映了该弹簧经过淬火+高温回火处理，横截面硬度为32—34HRC，夹杂物级别D，，晶粒度8级。图5金相组织1．5腐蚀产物在弹簧断口进行腐蚀产物X·ray成分分析，结果见表2。表2腐蚀产物X-ray成分分析结果由表2可知，腐蚀产物中有害元素S和cl含量较高。万方数据156化工机械2009年2结果分析60Si2MnA是中碳低合金弹簧钢，是一

7、种用途十分广泛的弹簧钢，淬火加中温回火后可得到良好的力学性能，具有较高的强度和弹性极限，并具有抗松弛的能力和抗回火的稳定性，用于高应力作用下的重要弹簧，也是安全阀弹簧常用钢种。交货状态有两种，热轧或冷拉+热处理，热轧以热处理或不热处理状态交货，冷拉后要进行热处理，硬度HB小于321(HRC34)。60Si2MnA弹簧钢热处理一般是淬火加中温(400—480℃)回火，金相组织为具有位相的回火屈氏体，硬度HRC45—50。断裂弹簧的金相组织为回火索氏体，受检弹簧横截面平均硬度HRC33，硬度偏低反映了该弹簧经过淬火+高

8、温回火处理。断裂微观形貌特征呈准解理、韧窝和二次裂纹的氢脆特点，在裂纹扩展的前沿和快速扩展区微观形貌特征是韧窝，表明在断裂过程中材料存在屈服，产生塑性变形，这是氢引起断裂的特有的形貌特征。断裂面上没有平坦、光亮疲劳裂纹扩展区，也没有裂纹扩展形成的贝壳纹和疲劳条纹，但在宏观断面上可见裂纹扩展扇形区与裂纹快速扩展区有一条明显的界限呈弧线，这个弧线上的微观形貌是一