不同材料波形膨胀节抗应力腐蚀性能研究.pdf

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1、第38卷第5期化工机械543不同材料波形膨胀节抗应力腐蚀性能研究周强+李永生(南京工业大学)摘要对316L、lncology800和AL《XN这3种材料的波纹管进行了应力腐蚀试验，通过试验结果的对比分析。研究了不同材料波纹管抗应力腐蚀的能力并对波纹管的选材和使用提出了建议。关键词波纹管膨胀节应力腐蚀点蚀中图分类号TQ055文献标识码A文章编号0254-6094(2011)05-0543-04金属波形膨胀节因其特殊的结构在石油、化工和电力等许多行业得到广泛的应用，由于其使用范围广，在恶劣的工作环境

2、中不时发生膨胀节应力腐蚀破环，绝大部分金属膨胀节腐蚀案例都和氯离子有关，如何正确选用波纹管材料，预防其在氯离子环境下发生应力腐蚀已成为该行业一个急需解决的问题。由于制造波纹管的成本较高，因而进行不锈钢波纹管的应力腐蚀试验特别是特种材料波纹管的案例较少。为此，笔者通过对316L、Incology800和AL-6XN这3种不锈钢材料的波纹管原型进行加速应力腐蚀试验，并对试验结果进行分析，对波纹管的选材和使用提出了有用的建议。1试验波纹管波壳上的拉应力是造成其应力腐蚀的主要因素。拉应力一般由残余应力和

3、工作应力两部分组成。由于波纹管的制造是冷压成型，其残余应力较大且分布不均衡，尤其在波峰和波谷附近，残余应力的大小接近材料的屈服限。残余应力属内应力，不能采用切割小试件的方法试验，否则应力会得以释放。故本试验采用原型试件浸泡法。波纹管工作时，因压力和热位移在波壳上形成的工作应力是波壳上拉应力的重要组成部分。试验是在常压下进行的，工作应力的大小主要由位移量决定。试验件的位移量由波纹管两端压板压紧用螺栓固定以保证恒定的工作应力。试验中先根据相关标准⋯计算出一定疲劳寿命次数下的工作位移量和所需施加的压力

4、(380kg)，对波纹管加压后再测出实际位移量。1．1试件参数在试验前对各个波纹管进行了测试，得到实际参数见表1，表2为3种不锈钢材料的化学成分。表1波纹管试件的波形参数(实测)·周强，男，1974年4月生，副教授。江苏省南京市，210009。544化工机械2011年1．2试验装置试验根据GB4334．8-84中的相关规定“1，将波纹管原型试件置于沸腾的42％氯化镁溶液中进行应力腐蚀破裂对比试验，试验装置如图1所示。图l应力腐蚀试验装置示意图1．3操作步骤试验的具体步骤为：a．配置溶液，将一定量

5、的MgCl：加入少量水中，加热溶液到沸腾；b．用温度计测量溶液的沸腾温度，高于1500c。加入适量水，低于150℃则加入适量MgCl：，保持试验溶液温度在150±5℃；c．待溶液沸腾后，测定溶液的pH值(经测定，试验溶液的pH值应为4)；c1．将波纹管试验件放人溶液，随着试验过程中溶液水分不断蒸发，要及时向溶液中补充水分以保证溶液的沸腾温度在150±5℃；e每隔30min取出斌件，用15倍放大镜观察波壳浸人溶液的部分，仔细观察有无浅表裂纹出现，记下初始裂纹的萌生时间及裂纹发生的部位和走向；f．在

6、波壳裂纹处，采用清洗、渗透及显影等处理后，拍下宏观裂纹，试验共进行203h，空冷后观察有无点蚀现象。2试验结果及分析316L液压波纹管在3h时波峰45。处始现数道细小周向裂纹，3．5h的裂纹扩展状况如图2所示。图4lneoloy800液压波纹管第38卷第5期化工机械ALMXN液压波纹管135h波峰45o处始现3道细小径向裂纹直至试验终了(203h)，裂纹扩展缓慢，波壳上未出现点蚀迹象，如图5所示。图5AL_6XN液压波纹管波纹管加速应力腐蚀试验的结果表明：AL一6XN和Incoloy800材料抗

7、氯离子应力腐蚀的能力远强于316L；相同材料的波纹管，位移量大的更易发生应力腐蚀；因点蚀坑经常是应力腐蚀的发源地，如将IncoloyS00波壳上出现点蚀坑计作其失效的起点，则lneoloy800抗腐蚀失效的能力略高于AL-6XN。AL-6XN与254SMo及我国现钢号OOCr20Ni25M06．5CuN类似，都是针对氯离子环境中点腐蚀和缝隙腐蚀问题而开发的。其合金设计原理也相同，都是采用“20Cr+6Mo+0．2N”原理，该合金中的cr具有抗氧化性介质腐蚀能力；Mo、N及Cu等提高了在多种酸类和

8、卤素介质中抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀的能力，Mo元素在氯离子存在的环境中多以MoO。。的形式吸附在活性金属表面，抑制了活性金属面的溶解，为再钝化争取了时间，防止钝化膜的破坏；较多的Ni、N又能使钢中奥氏体稳定并提高抗应力腐蚀性能。该种类超级奥氏体不锈钢兼有高强度、高耐蚀性和高热稳定的性能。铬和钼含量的提高有助于增强不锈钢抗局部腐蚀的能力。铬、钼和氮对抵抗局部腐蚀能力的综合影响，经常用耐点腐蚀能力指数(PRE)来表示”。，316L、AL-6XN和In-coloyS00的PRE值分别为：246、44