PDF《废热锅炉 安全 阀弹 簧断裂失效 分析》

动设备 石油化工设备技术,2008,29(4)・38・Pe t r o ― Che mi c a l Eq ui pme nt Te c hno l ogy 废热锅炉 安全 阀弹簧断裂失效 分析 刘钧泉,周小敏(华南理5 - 大学机械 与汽 车5 - 程学院腐蚀 与表面5 - 程研 究所 , 广东 广州

5 1

0 6

4 0 ) 摘要:某废热锅 炉安全 阀弹簧在使 用过程 中发 生断裂 , 通过 对宏观的形貌观察 、 材料 成分分析、 金相检 验、硬度测定 以及扫描 电镜观察 , - - r ~ ,

1 断本起失效的断 裂类型属脆 性沿 晶断裂 , 弹簧 内部 的晶界弱化 以及 组织上的微 孔洞和微裂纹缺 陷是 引起 失效的主要 原因.

关键词 : 安全阀弹簧 ;

沿晶断裂;

晶界弱化 中图分类号:TE

9 7

4 .

3 文献 标识码:B文章编号:1006―8805(2008)04―0038―03近年来 , 有若 干 弹簧失 效 的案例 , 失 效原 因主 要有材料 的化学成分不合格 、 腐蚀性介质的作用 、 制造 工艺 不当以及 材料强度不够等.除此 以外 , 在工 程 中还 有因材料组织不均、晶界 弱化、微孔洞、微裂纹和材料表面缺 陷等 因素而导致 的弹簧 失效.某废热锅炉安全阀上的弹簧在使用十几年后 发生 断裂 , 该 弹簧 作为安 全阀的配件 整件进 口,呈圆柱 螺旋 状,共有8圈 , 工作 时受 压 .主要 技术 参数:开启压 力11.20MP a ;

回座压 力10.2MP a ;

公称 压力

2 5

0 0 l b ;

进 口公称 通径4in;

出口公称 通径6in}工作温度 为314℃.失效 前,安全阀曾开 启 一次 , 开启 时 的压 力为11.2MPa .

1 分 析程序

1 .

1 宏观 形貌 观察 弹簧 外观 乌黑 , 没有浮锈 , 见图1.断 口在 离 固定 端约 一圈的部 位的簧丝 直径无明显 形变,断口呈 弯面,黑褐色,锈层 较坚实,与簧丝 截 面约成

3 0 . ~4

5 . 角,形貌 见图2.在 图2箭头1所指的部 位有剪切唇 , 但区域很小,沿周向的长 度约为2Omm, 宽 度不 足0.5mm.在图2箭 头 2所 指 的局 部呈 锥状 , 表 明在 断 口的另 一配合面上 可观察到剪切唇 , 从锥状延伸 的范围估计出另一 配合面上 剪切唇 与箭 头1部位 的大小 相仿 .在断口的大部 分 区域 , 观察 到 人 字形条 纹, 人 字形 条纹 指向箭头3的部 位,显示此处有可能是裂纹的起 源.此部位接近于簧 丝 的外 侧(参见图1中 的箭 头3的部位 ) .断 口的这些 特 征表 明本 起失效基本属于脆 性 断裂Ⅲ . 图1弹簧圈形貌

2 3 图2弹簧断 口形貌

2 .

2 材 料成 分分 析取弹簧圈样 品进 行化学成分分析,其结果见表1.收稿日期 :

2 0

0 8 ―

0 5 ―

0 8 . 作者简介 : 刘 钧泉(

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4 7 ) , 男,广东中 山人 ,

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8 2年 毕业 于 华南理工 大学腐蚀 与防护 工程专业 , 获学 士学 位,现任 职于 华南理工大学机械与汽车工程学 院, 高级 工程师 , 研 究方 向: 腐蚀 防护与表面工程 、 安全工程 . 维普资讯 http://www.cqvip.com 第29卷第

4 期 刘钧泉 等.废热锅 炉安全 阀弹簧断裂失效分 析表1弹簧圈化学成分元素钢号CCr M V P S 弹簧圈0.521.201.O80.110.0080.O1350Cr VA

0 .

4 6 ~

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5 4

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8 O ~

1 .

1 0

0 .

5 0~ 0.

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1 0 ~

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2 0

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0 3

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0 3

0 5

5 Cr M nA

0 .

5 2 ~

0 .

6 0

0 .

6 5 ~

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9 5 0.

6 5~ 0.

9 5

0 .

0 3

0 0 .

0 3

0 分析结 果表 明, 弹簧 圈 的成 分接 近国内的

5 0 C r VA 和55CrMn A 两种 钢,但Cr、Mn含量高于这 两种钢.C r 元素能提高钢的强度和硬度,Cr、Mn相互 作用,可使钢有很 高 的淬 透性 , 但Cr、Mn均能 引起 回火 脆性.V 的加 入,可以使 晶粒细化 , 提高钢的韧 性 .一般 认为P、S是 钢 中的 有 害元素 , 其 含量 应加 以控 制.1.3组织和金 相检 验在对材 料成 分检查取样时,发现图l中箭 头 4的部 位有 孑L洞缺陷,更清晰的形貌见图3中箭 头4.分 别对图l中 的A试样和B试 样进行检查.A试样用酒 精溶液揩擦后,在图2中箭 头3部位 圆柱 面 的二 次 电子像 中观察到疑 似裂纹,见图4中箭 头 5部位 . 图3取样部位见 孔洞缺陷 图4试样A圆柱 面疑似裂纹对B试 样 抛光 后 进行 检查,多个视场 观察到孔洞缺陷, 图 5是试样 B边缘( 靠近试样 A箭头