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不锈钢蝶阀使用过程中出现生锈、腐蚀原因分析及如何解决?

2017-8-4 15:45:05 点击:

                                                   

不锈钢蝶阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到

极为广泛地应用。在已公知的蝶阀技术中其密封形式多采用密封结构密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。由于结

构特征的限制不适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业现有一种比较先进的蝶阀是三偏心金属硬密封蝶阀

阀体和阀座为连体构件阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上这种蝶阀与

传统蝶阀相比具有耐高温操作轻便启闭无磨擦关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封提高了蝶阀的密封性

能及延长使用寿命的优点。

不锈钢蝶阀在使用过程中出现锈蚀现象经过金相组织分析、染色试脸、热处理试脸、SEM等试验分析找到了材

料锈蚀的关键因素是因为材料中沿晶界的碳化物析出形成贫铬区从而造成不不锈钢蝶阀锈蚀。材质为304的不锈

钢蝶阀在使用过程中出现锈蚀现象。奥氏体不锈钢经正常热处理后室温下组织应为奥氏体耐蚀性能很好为了分析

蝶阀的锈蚀原因在其上取样进行分析。

1、试验方法:取样进行化学成分分析(判断是否符合标准要求)、金相组织检查、热处理工艺试验及SEM分析。

2、试验结果及分析:

2.1化学成分化学成分分析结果及标准成分。

2.2金相分析:从出现锈蚀现象的蝶阀上切取了金相试样经磨制抛光后,用三氯化铁水溶液腐蚀在Neophot-32

金相显徽镜上观察分析其金相组织由奥氏体与另一种析出物组成。从理论上讲奥氏体不锈钢经正常热处理后应

得到均一奥氏体组织其组织中出现的另一析出物究竟是何组织有两种判断:一是σ相另一种是碳化物。σ相与碳

化物形成的条件不同但都具有一个共同的特点那就是造成奥氏体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性。采用了杂色法进

行σ相的鉴别采用碱性赤血盐水溶液(赤血盐10g+氢氧化钾10g+100ml)试样在该试剂中煮沸2~4min后铁素体

呈黄色,碳化物被腐蚀奥氏体呈光亮色σ相由褐色变为黑色。用上述方法将从蝶阀上切取的试样在碱性赤血盐水

溶液中煮沸4min后在显徽镜下观察析出物保持了原形貌未发现明显变因此决定采用热处理的方法进一步试脸分析。

2.3热处理试验分析:σ相是一种铁铬原子比例大致相等的金属间化合物其化学成分、铁素体、冷变形、温变都

不同程度地对σ相形成产生影响。采用染色法试验在显微镜下观察析出相变化不明显故采用了热处理的方法来鉴

别σ相。有关资料介绍σ相通常是在500~800℃长期时效中形成的。这是因为较高的温度下时效有利于铬的扩散

再高温度加热σ相将开始溶解溶解完毕至少要在920℃以上在高于σ相的稳定温度加热可使之消除。形成σ相所需

时间虽然很长但消除σ相一般只要短时间加热即可根据这一理论制定了热处理工艺观察组织中的析出相是否可以

消除。将从蝶阀上切取的试样加热到940℃保温30min然后在Neophot-32金相显微镜上观察分析经热处理后的

试样中的析出相没有消除并保持原形貌由此证明了该组织中的析出相有可能不是σ相。

2.3SEM分析:有时钢中出现的σ相采用任何染色的方法均无法辨别其颇色可采用SEM的分析方法来鉴别。因为已

知σ相为铁与铬的化合物含铬量为42%~48%通过EDS定性和定量分析测出未知相的组成元素及其含量从而确定未

知相。EDS分析结果表明析出物的含铬量为33.6%明显高于基体中的Cr含量16.3%而σ相的含铬量是42%~48%

因而否认析出相为σ相。综合染色试脸、热处理试验的结果认为不锈钢蝶阀组织中的析出相不是σ相经SEM观察析

出相为一种共晶组织是以铬为主的碳化物。不锈钢蝶阀的材料为镍铬奥氏体不锈钢这种材料一般都在固溶状态下

使用。在室温状态下其组织为奥氏体奥氏体不锈钢在广泛的腐蚀介质中特别是大气中具有良好的抗腐蚀能力对不

锈钢蝶阀锈蚀的原因分析如下:

①综合上述各项试验的结果可判定蝶阀材料组织中析出相不是σ相故蝶阀的锈蚀现象不是由σ相引起的。

②通过SEM观察确认蝶阀的组织中析出相是以铬为主的碳化物这种共晶组织沿晶界分布。EDS分析结果表明这种分

布在晶界上的碳化物铬含量明显高于基体这种碳化物是M23C6型。随碳化物的析出又得不到铬的扩散补充时以碳化

铬的形式沿奥氏体晶界析出在碳化物周围形成贫铬区从而奥氏体不锈钢晶界易被腐蚀所以沿晶界析出的碳化物是造

成蝶阀锈蚀的主要原因。

③经固溶处理后的奥氏体不锈钢由于在高温加热时大部分碳化物被溶解奥氏体中饱和了大量的碳与铬并因随后的快

速冷却而固定下来使材料有很商的耐腐蚀性。因此应严格控制热处理工艺固溶处理时将工件加热至高退使碳化物充

分溶解然后迅速冷却得到均一奥氏休组织。固溶处理后如果采用缓慢冷却在冷却过程中碳化铬将沿晶界析出从而导

致材料耐腐蚀性能降低。

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