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不銹鋼蝶閥銹蝕原因分析及解決辦法

發(fā)布日期:2018-05-17瀏覽次數:


蝶閥的名稱(chēng)來(lái)源于翼狀結構的蝶板,蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內,圓盤(pán)形蝶板繞著(zhù)軸線(xiàn)旋轉只需 90° 即可開(kāi)閉閥門(mén)。 

蝶閥結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。它只有少數幾個(gè)零件組成。而且只需旋轉 90° 即可快速啟閉,操作簡(jiǎn)單。該閥具有良好的流體控制特性。 

蝶閥處于完全開(kāi)啟位置時(shí),蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)唯一的阻力。因此通過(guò)該閥所產(chǎn)生的壓力降很小。在閥門(mén)關(guān)閉運動(dòng)中,蝶板朝著(zhù)關(guān)閉位置轉動(dòng),介質(zhì)流動(dòng)速度逐漸減小。該閥具有較好的流量控制特性。

材質(zhì)為 CF8M 的不銹鋼蝶閥在使用過(guò)程中出現銹蝕現象。奧氏體不銹鋼經(jīng)正常熱處理后,室溫下組織應為奧氏體,耐蝕性能很好。為了分析蝶閥的銹蝕原因,在其上取樣進(jìn)行分析。

1 試驗方法

取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析(判斷是否符合標準要求)、金相組織檢查、熱處理工藝試驗及 SEM 分析。

2 試驗結果及分析

2.1 化學(xué)成分

化學(xué)成分分析結果及標準成分見(jiàn)《表 1》。

《表 1》 化學(xué)成分分析結果 / %
成分CSiMnPSCrNiMo
CF8M0.081.51.50.040.0418~219~122~3
蝶閥0.100.600.610.0240.00918.059.711.45

2.2 金相分析

從出現銹蝕現象的蝶閥上切取了金相試樣,經(jīng)磨制拋光后,用三氯化鐵水溶液腐蝕,在 Neophot-32 金相顯徽鏡上觀(guān)察分析,其金相組織由奧氏體與另一種析出物組成。從理論上講奧氏體不銹鋼經(jīng)正常熱處理后,應得到均一奧氏體組織。組織中出現的另一析出物究竟是何組織,有兩種判斷:一是 σ 相,另一種是碳化物。σ 相與碳化物形成的條件不同,但都具有一個(gè)共同的特點(diǎn),那就是造成奧氏體不銹鋼對晶間腐蝕的敏感性。

首先采用了雜色法進(jìn)行 σ 相的鑒別。采用堿性赤血鹽水溶液(赤血鹽 10g + 氫氧化鉀 10g + 水 100ml),試樣在該試劑中煮沸2~4 min 后,鐵素體呈黃色,碳化物被腐蝕,奧氏體呈光亮色,σ 相由褐色變?yōu)楹谏?。用上述方法將從蝶閥上切取的試樣在堿性赤血鹽水溶液中煮沸 4 min 后,在顯徽鏡下觀(guān)察,析出物保持了原形貌,未發(fā)現明顯變化。因此決定采用熱處理的方法進(jìn)一步試臉?lè )治觥?/p>

2.3 熱處理試驗分析

σ 相是一種鐵鉻原子比例大致相等的金屬間化合物?;瘜W(xué)成分、鐵素體、冷變形、溫變都不同程度地對 σ 相形成產(chǎn)生影響。采用染色法試驗,在顯微鏡下觀(guān)察析出相變化不明顯,故采用了熱處理的方法來(lái)鑒別 σ 相。有關(guān)資料介紹,σ 相通常是在 500~800℃ 長(cháng)期時(shí)效中形成的。這是因為較高的溫度下時(shí)效有利于鉻的擴散。再高溫度加熱 σ 相將開(kāi)始溶解,溶解完畢至少要在 920℃ 以上。在高于 σ 相的穩定溫度加熱可使之消除。形成 σ 相所需時(shí)間雖然很長(cháng),但消除 σ 相一般只要短時(shí)間加熱即可。根據這一理論,制定了熱處理工藝,觀(guān)察組織中的析出相是否可以消除。將從蝶閥上切取的試樣加熱到 940℃,保溫 30 min,然后在 Neophot-32 金相顯微鏡上觀(guān)察分析。經(jīng)熱處理后的試樣中的析出相沒(méi)有消除,并保持原形貌,由此證明了該組織中的析出相有可能不是 σ 相。

2.4 SEM 分析

有時(shí)鋼中出現的 σ 相,采用任何染色的方法均無(wú)法辨別其頗色,可采用 SEM 的分析方法來(lái)鑒別。因為已知 σ 相為鐵與鉻的化合物,含鉻量為 42%~48%,通過(guò) EDS 定性和定量分析測出未知相的組成元素及其含量,從而確定未知相。

對基體和析出相進(jìn)行的微區定量分析結果見(jiàn)《表 2》。

《表 2》 EDS 定量分析結果 / %
成分FeCrNiMoSiMn
基體70.46316.36510.2111.2390.4661.257
析出相56.90833.6293.6814.8350.0400.907

EDS 分析結果表明,析出物的含鉻量為 33.6%,明顯高于基體中的 Cr 含量 16.3%,而 σ 相的含鉻量是 42%~48%,因而否認析出相為 σ 相。綜合染色試臉、熱處理試驗的結果,認為不銹鋼蝶閥組織中的析出相不是 σ 相。經(jīng) SEM 觀(guān)察析出相為一種共晶組織,是以鉻為主的碳化物。

不銹鋼蝶閥的材料為鎳鉻奧氏體不銹鋼,這種材料一般都在固溶狀態(tài)下使用。在室溫狀態(tài)下,其組織為奧氏體,奧氏體不銹鋼在廣泛的腐蝕介質(zhì)中特別是大氣中具有良好的抗腐蝕能力。對不銹鋼蝶閥銹蝕的原因分析如下:

① 綜合上述各項試驗的結果,可判定蝶閥材料組織中析出相不是 σ 相,故蝶閥的銹蝕現象不是由 σ 相引起的。

② 通過(guò) SEM 觀(guān)察,確認蝶閥的組織中析出相是以鉻為主的碳化物,這種共晶組織沿晶界分布。EDS 分析結果表明這種分布在晶界上的碳化物鉻含量明顯高于基體。這種碳化物是 M<sub>23</sub>C<sub>6</sub> 型。隨碳化物的析出,又得不到鉻的擴散補充時(shí),以碳化鉻的形式沿奧氏體晶界析出,在碳化物周?chē)纬韶氥t區,從而奧氏體不銹鋼晶界易被腐蝕。所以沿晶界析出的碳化物是造成蝶閥銹蝕的主要原因。

③ 經(jīng)固溶處理后的奧氏體不銹鋼,由于在高溫加熱時(shí)大部分碳化物被溶解,奧氏體中飽和了大量的碳與鉻,并因隨后的快速冷卻而固定下來(lái),使材料有很商的耐腐蝕性。因此應嚴格控制熱處理工藝,固溶處理時(shí)將工件加熱至高退,使碳化物充分溶解,然后迅速冷卻,得到均一奧氏休組織。固溶處理后,如果采用緩慢冷卻,在冷卻過(guò)程中碳化鉻將沿晶界析出,從而導致材料耐腐蝕性能降低。


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