再沸器不锈钢波纹管膨胀节开裂原因分析

何书亮，王 伟

（芜湖市特种设备监督检验中心，安徽芜湖 241000）

0 引言

日前在江北某化工厂检验1台再沸器，设计压力2 MPa，设计（进/出）温度230/199℃，工作介质为蒸汽，材料为Q345R、0Cr18Ni9，其中膨胀节为0Cr18Ni9，壁厚20 mm。在检验过程中发现不锈钢波纹管膨胀节表面靠近边缘处有几条明显的裂纹，经询问有关人员得知，在使用过程中有蒸汽泄漏的现象。

1 故障状况

宏观检查发现，裂纹表面有灰白色的沉淀物，最大一条裂纹长约50 mm，基本在一条直线上。综合判断，裂纹是穿透性的。对膨胀节进行渗透检测，证实裂纹的存在，而且非常深，可以判断是穿透性的。于是给厂里出具了检验意见通知书，责令停止使用，限期整改。

1.1 原因分析

该再沸器使用时间＜3 a，膨胀节上穿透性裂纹究竟如何产生，何时产生的，这让笔者心生疑问，趁其更换期间，切割两处带裂纹的钢板，带回单位做进一步的研究。

（1）对腐蚀产物进行化学成分分析，结果发现，除了含有正常的金属元素外，还出现了O，Cl，S等腐蚀性介质元素。初步怀疑是氯化物应力腐蚀开裂，所以对内、外部可能产生氯化物的介质进行化验分析。蒸汽冷凝水取样化验，并没有发现氯离子超标，该厂大部分管道都是不锈钢，所以锅炉水处理做得很好。笔者调取该厂锅炉水质化验单，再次证明氯化物的产生并不是来自水蒸汽。

（2）对再沸器使用环境进行分析，其外部整体进行保温，保温材料岩棉，使用环境为露天，而出现裂纹的这台再沸器，保温层并不是完全闭合的，所以可能造成雨水的渗入，加之工作温度高达200℃，表面渗入的水会立即烘干，造成有害物质的沉积。综合判断，氯化物是来自雨水和保温材料中的。用手持式半定量光谱仪分析结果，证明材料没有问题。见表1。

表1 光谱分析结果

（3）对裂纹处进行金相分析。膨胀节裂纹处的显微组织见图1，可见其显微组织均匀，为正常的奥氏体。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(如图 2，图 3)，为典型的应力腐蚀开裂形貌。

图1 金相组织

图2 穿晶裂纹

图3 尖端分支裂纹

1.2 产生应力腐蚀的条件

（1）应力和腐蚀环境共同作用是产生应力腐蚀开裂的两个必要条件。外压式膨胀节波纹管产品主要起补偿器作用，除承受加工制造过程中产生的残余应力作用外，工作时，在内压和热胀位移作用下，波纹管处于拉伸状态，承受较大拉应力，具备产生应力腐蚀开裂所需的应力条件。

（2）产生应力腐蚀的常见介质。奥氏体不锈钢产生应力腐蚀的常见介质：各种氯化物或含Cl溶液、海水、水蒸气、氢氧化物、硝酸和硝酸盐、含F水溶液、硫化氢水溶液、硫酸和亚硝酸盐等。

综上所述，这台再沸器的波纹管膨胀节裂纹属于氯化物应力腐蚀开裂。

2 改进措施

（1）保温层要做到全密封，防止雨水渗入。

（2）固溶处理的波纹管膨胀节，波峰、波谷残余应力最大主应力均为压应力；残余应力比未固溶处理波纹管的大大减小。

（3）喷丸强化可提高奥氏体不锈钢波纹管抗应力腐蚀开裂性能，也可延长疲劳寿命。

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