废热锅炉安 全阀弹簧断裂失效分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com动设备石油化工设备技术，2008，29(4)·38·Petro—ChemicalEquipmentTechnology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510640)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

2、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：TE974．3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，失效原因主分区域，观察到“人”字形条纹，“人”字形条纹指向要有材料的化学成分不合格、腐蚀性介质的作用、箭头3的部位，显示此处有可能是裂纹的起源。制造工艺不当以及材料强度不够等。除此以外，此部位接近于簧丝的外侧(参见图1中的箭头3在工程中还有因材料组织不均、晶界弱化、微孔的部位)。断口的这些特征表明本起失效基本属洞、微裂纹和

3、材料表面缺陷等因素而导致的弹簧于脆性断裂Ⅲ。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11．20MPa；回座压力10．2MPa；公称压力2500lb；图1弹簧圈形貌进口公称通径4in；出口公称通径6in}工作温度为314℃。2失效前，安全阀曾开启一次，开启时的压力为11．2MPa。31分析程序图2弹簧断口形貌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2．2材料成分分析固定端约一圈的部位的簧

4、丝直径无明显形变，断取弹簧圈样品进行化学成分分析，其结果见口呈弯面，黑褐色，锈层较坚实，与簧丝截面约成表1。30。～45。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2O收稿日期：2008—05—08。mm，宽度不足0．5mm。在图2箭头2所指的局作者简介：刘钧泉(1947)，男，广东中山人，1982年毕业于部呈锥状，表明在断口的另一配合面上可观察到华南理工大学腐蚀与防护工程专业，获学士学位，现任职于剪切唇，从锥状延伸的范围估计出另一配合面上华南理工大学机械与汽车工程学院，

5、高级工程师，研究方向：剪切唇与箭头1部位的大小相仿。在断口的大部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CCrM“VPS弹簧圈0．521．201．O80．110．0080．O1350CrVA0．46～0．540．8O～1．100．50～0．800．10～0．200．0300．03055CrMnA0．52～0．600．65～0．950．65～0．950．0300．030分析结果表明，弹簧圈的

6、成分接近国内的用苦味酸(10g)与二甲苯(100mL)及酒精(1050CrVA和55CrMnA两种钢，但Cr、Mn含量高mL)混合的浸蚀液(处理时间9Os)作浸蚀处理的于这两种钢。Cr元素能提高钢的强度和硬度，金相形貌图。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

7、样和B试样进行检图5B试样边缘孔洞查。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6B试样边缘微裂纹图3取样部位见孔洞缺陷图7酒精硝酸浸蚀的金相图7中没有观察到表层脱碳，除一孔洞外也没有观察到其他缺陷，金相形貌与文献[21提供的图4试样A圆柱面疑似裂纹50CrVA钢淬火一回火状态的显微组织相似。酒对B试样抛光后进行检查，多个视场观察到精硝酸浸蚀液不能显示材料的晶界形貌，而苦味孔洞缺陷，图5是试样B边缘(靠近试样A箭头3酸二甲苯酒精浸蚀处理则主要用于检

8、验晶界是否部位)孔洞形貌，在这附近还发现一条微小裂纹，有弱化。见图6。检验结果表明，在试样B的若干视场，发现对腐蚀后的B试样进行金相检验。图7是有晶界弱化形貌，图8是其中的一个视场。造成用酒精(100mL)与硝酸(3mL)混合的浸蚀液(处晶界弱化的原因是回火工艺不当，使材料容易产理时间为10s)作浸蚀处理的金相形貌图，图8是生沿晶开裂破坏。维普资讯http://www.cqvip.com石油化工设备技术2008正1．6应力分析