不锈钢容器表面裂纹缺陷分析以及处理

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0引言

某医药公司有5.5m 3蒸汽灭菌机,为日本进口设备,

采用S US304材质。1993年制造,1997年在我国安装投入使用。前几次开罐检验时,存在轻微表面腐蚀未发现裂纹,2007年3月再次检验时发现容器内壁表面存在裂纹以及锈蚀麻坑。本文以其中裂纹缺陷为例,分析裂纹产生原因及处理办法。

1贮罐技术特性

该灭菌机内筒容器尺寸:1300×1400×3000;内筒壁厚:

两侧板8mm ,顶板8m m ,

底板8m m ,

后板

8m m ,前门板12m m ;夹层厚度:50m m ;材质:夹套为S US 304(不锈钢),内筒为S US 304(不锈钢);设计压力:夹套为0.15MPa ,内筒为0.15M Pa ;设计温度:夹套为128℃,内筒为128℃;介质:夹套、内筒都为蒸汽;工作流程:先给夹层输送蒸汽给内部加热,内筒承受外压,工作期间夹层向内筒输送蒸汽供内部杀菌。此时内外压力达到平衡。具体结构如图1所示:

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金宗明(天津塘沽锅炉压力容器技术检验所天津300451)

不锈钢容器表面裂纹缺陷

分析以及处理

【摘

要】在压力容器定期检验中,经常发现不锈钢容器表面出现裂纹,经分析指出焊接残余应力以及氯离子腐蚀是不锈钢产生裂纹的根本原因,提出对于奥氏体不锈钢材质的压力容器在制造、安装以及使用过程中一定要避免产生和严格控制介质中氯离子的含量,从源头抓起,杜绝隐患。【关键词】不锈钢压力容器

裂纹

氯离子

图1蒸汽灭菌机简图

缺陷情况

容器采用Φ30的钢管以焊接的形式将夹套和内筒连接并起到支撑作用。检验过程中首先采用目测的方式对内筒内表面进行宏观检验,共发现种可疑现象①在侧板

收稿日期3

22::2007-08-118

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与底板相交的圆弧过渡处存在麻坑状锈蚀,麻坑深度约0.5～1m m ,材质没有金属光泽;②在钢管与内筒焊接处的内筒内表面侧发现多处存在条状锈蚀,同时在背板与顶板角焊处也发现多条条状腐蚀。用细纱布将这些条状锈蚀打磨掉后对该部位做着色渗透探伤,检查时发现有裂纹显示,裂纹向四外延伸,最长约65m m ,如图2、3所示。而对麻坑状锈蚀处打磨后做着色渗透,未发现有裂纹显示。对该处进行超声波测厚,未发现材质减薄。

图2钢管与内筒焊接处的内筒内表面裂纹图3

背板与顶板角焊处裂纹

3原因分析

SUS304属于18Cr-8Ni 奥氏体不锈钢,这类钢有良

好的力学性能和工艺性能,耐均匀腐蚀性也很优异。但是它的一个严重缺点就是应力腐蚀敏感性很高,不少介质都能引起破裂,以氯化物最为敏感。因此《压力容器安全技术监察规程》中对以奥氏体不锈钢为材料的压力容器从设计到制作以及使用、定期检验都单独做了相应的规定。要求在制造过程中对奥氏体不锈钢材料进行表面酸洗、钝化处理。在水压试验时严格控制水中的氯离子含量不超过

25m g/L 。

该厂在使用蒸汽时未对水质进行处理,经测定氯离子含量达到150m g/L 。氯离子的存在,使不锈钢表面的钝化膜受到破坏,在应力的作用下,钝化膜被破坏的区域就会受腐蚀而产生裂纹,成为腐蚀电池的阳极区,连续不断的电化学发展就可能导致金属的断裂。有些文献指出,无论是高浓度的氯化物,

还是高温高压水中含有微量的氯离

子,都可能产生应力腐蚀,两者并无本质区别。发生氯离子腐蚀破坏的临界温度为70℃,并且发生氯离子腐蚀破坏的临界氯离子浓度随温度的上升而减小,高温下,氯离子浓度只要达到10-6m g/kg (百万分之一)就能引起破裂。

可以肯定,容器焊接完成后已经对角焊缝做过磁粉探伤或渗透探伤没有发现裂纹。但是,在随后水压试验等检验以及投入使用后介质中的氯离子不断对该部位的侵蚀,再加上应力的作用,首先在不锈钢表面应力集中最突出的部位产生氯离子破坏不锈钢表面的钝化膜,并随着时间的增长,产生裂纹并且不断扩展,最后形成可探测到的表面裂纹。

该容器裂纹的产生正是由于焊接产生了焊接应力,再加上使用过程中内筒受外压,在高温以及氯离子的作用下产生的。

4缺陷处理

《压力容器定期检验规则》第40条规定:“内、外表面

不允许有裂纹。如果有裂纹应当打磨消除,打磨后形成的凹坑在允许范围内不需要补焊的,不影响定级。……”所以,检查发现裂纹的容器必须处理。

用砂轮打磨方法清除裂纹,然后根据《压力容器定期检验规则》第40条规定进行凹坑的无量纲参数G 0的计

算。满足要求的无需补焊,也不影响定级;不满足要求必须进行补焊或者应力分析,经过补焊合格或者应力分析结果表明不影响安全使用的可以定为2级或者3级。

补焊之后外观检查合格再对补焊处以及焊缝周围进行磁粉探伤或渗透探伤和水压试验,合格后投用。

5结束语

工业中发生不锈钢氯离子应力腐蚀破裂的情况相当

普遍,因此对于奥氏体不锈钢材质的压力容器在制造、安装以及使用过程中一定要避免产生和严格控制介质中氯离子的含量,从源头抓起,杜绝隐患。■

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