离心机转鼓用奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂研究

摘要

奥氏体不锈钢具有抗腐蚀性强、焊接性好、韧性大等优良的特点。奥氏体不锈钢因其价格低、抗蚀性好、在很宽的温度范围内具有较好的机械性能、能用在淡水环境、海水环境及酸性环境，本文以离心机转鼓用奥氏体不锈钢发生生产事故进行分析、研究。
　　本论文从力学性能的测试、金相组织结构的观察、分析奥氏体不锈钢表面残余应力产生的原因、通过热处理消除残余应力及对循环物中控制氯离子对不锈钢腐蚀机理的探讨，从这几方面着手，分析并确定转鼓筒体碎裂、鼓底产生周向裂纹的原因，并提出合理化的建议，避免类似的事故再次发生。本论文主要的研究内容和结果如下:
　　1.通过对试样的机械力学性能试验，和分析试验成果，可以得出:筒体材料的化学成分中Cr、Ni含量均未达到标准值，但是很接近，从对其进行机械性能测试结果分析，材料的综合机械性能是良好的，是典型的塑性材料。此种材料仍属于奥氏体不锈钢，确切的说接近于301不锈钢，而不是要求使用的304不锈钢。
　　2.金相分析确定了:从碎片化验结果来看，Ni含量表面有明显降低，Ni含量对抗应力腐蚀作用甚大，同样应力腐蚀也会首先降低Ni的浓度，这完全符合应力腐蚀的特征。进一步观察，局部还可以看到二次裂纹和表面腐蚀坑。由某公司提供的“301”不锈钢材在某些腐蚀介质中，它的耐腐蚀能力是不够的。建议在考虑经济成本的前提下，选用含钼奥氏体钢（例0Cr18Ni12Mo2）或更加优良的双相不锈钢如00Cr22Ni5Mo3N。
　　3.304不锈钢残余应力的研究。采取X射线衍射的方法测量不锈钢轮廓的残存应力。在冷加工成型过程，不锈钢转鼓的外轮廓面出现较大的残存拉应力，这是导致转鼓在现实应用中发生应力腐蚀裂纹的主要原因。
　　4.去应力热处理的研究。先对304不锈钢有差别温度的去应力热处理，在把处理前后的外轮廓残存应力做比较，说明了热处理之后，不锈钢表面残余拉应力转变成压应力，且应力的数值有所降低。这对提高不锈钢的抗应力腐蚀性能是非常有用的。
　　5.通过探讨循环物中Cl-控制和对不锈钢腐蚀的机理，分析出离心机的物料中含有氧元素和硫酸根离子。引起设备应力腐蚀的介质是此物料引起的，应尽量避免。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 304不锈钢的应用

1．3 304不锈钢的腐蚀失效形式

1．3．1 应力腐蚀

1．3．2 点腐蚀

1．3．3 晶间腐蚀

1．4 不锈钢产生应力腐蚀的因素

1．4．1 应力腐蚀的基本条件

1．4．2 奥氏体不锈钢应力腐蚀的原因

1．5 奥氏体不锈钢焊接件产生残余应力的主要原因

1．5．1 不锈钢焊管在生产和制造过程所形成的残余应力

1．5．2 表面的局部缺陷会产生应力集中或应力增加

1．5．3 目前国内外降低不锈钢残余应力的方法

1．6 控制应力腐蚀破裂

1．7 本文研究背景和课题意义

第2章 奥氏体不锈钢的机械性能测试

2．1 分析离心机转鼓筒身脆断碎片

2．1．1 材质分析

2．1．2 材质分析小结

2．1．3 力学性能分析

2．2 显微硬度的测试

2．2．1 准备试验

2．2．2 试验结果及分析

2．3 冲击韧度的测试

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 金相试样的制备

3．2．1 磨光金相试样

3．2．2 抛光金相试样

3．2．3 浸蚀金相试样

3．3 简体金相分析

3．4 对简体碎片的理论分析

3．4．1 晶间腐蚀破坏

3．4．2 应力腐蚀破坏

3．5 对比304转鼓筒体进行分析

3．6 本节小结

3．7 转鼓鼓底裂纹分析

3．8 本章小结

第4章 热处理工艺对奥氏体不锈钢表面应力的影响

4．1 引言

4．2 奥氏体不锈钢热处理理论基础

4．2．1 奥氏体不锈钢中的6铁素体

4．2．2 奥氏体不锈钢中合金碳化物的析出与溶解

4．3 不锈钢的热处理种类

4．3．1 固溶处理

4．3．2 消除应力热处理

4．3．3 稳定化处理

4．4 试样制备与试验方法

4．4．1 试样制备

4．4．2 实验的方法

4．5 实验的数据与分析

4．6 本章小结

第5章 探讨循环物中的不锈钢腐蚀以及氯离子的控制机理

5．1．2 吸附膜理论

5．2 循环物中可以腐蚀不锈钢的因素

5．2．1 氯离子产生的不锈钢腐蚀

5．3 Cl-对不锈钢应力腐蚀临界的浓度

5．4 探讨循环水中Cl-的控制标准

5．5 离心机工作介质检测

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢