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    堿性介質中旋塞閥磨損失效分析(下)

    2022

    10/17 14:46:59
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      旋塞閥失效原因分析

      1.閥門材質與設計規定不符

      根據化學成分分析可知,失效旋塞閥塞子的材質不是設計規定的316L型超低碳奧氏體不銹鋼材料,而是329J1雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相比,329J1雙相不銹鋼耐熱性較低,一般控制在300℃以下的工作環境中使用,冷加工比1828型奧氏體不銹鋼的加工硬化效果大,存在中溫脆性區(如σ相,475℃脆性)對熱處理及焊接的不利,而且含25%Cr的雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的加工困難。

      塞子與閥體密封面之間是靠接觸的本體金屬來密封,密封力靠擰緊塞子下螺母實現。為了使較小的預緊力便能達到密封,塞子與閥體密封面的表面粗糙度要小,錐度配合要準,才能使該類旋塞閥易實現密封(6)。而金相分析顯示塞子內表面粗糙,存在夾雜物和疏松,這對材料的力學性能和工藝性能均有不利影響,從而降低了旋塞閥的密封性。

      2.腐蝕磨損

      根據金相分析和形貌觀察可知塞子表面存在腐蝕磨損。腐蝕磨損是在腐蝕介質中摩擦表面與介質發生化學或電化學反應而產生材料流失的磨損現象,因而是在表面切應力和化學介質協同作用下導致材料的過早失效(7)。材料在腐蝕磨損條件下,腐蝕作用加速了磨損行為,而磨損產生的新鮮表面又促進了腐蝕作用,同時腐蝕能夠增加金屬表面的粗糙度。塞子在使用中主要承受介質對其內壁的沖刷和啟閉時閥體對塞子表面的摩擦力,在堿性腐蝕介質中,摩擦力破壞了塞子外表面的鈍化膜,腐蝕電位負移,腐蝕傾向加大,腐蝕介質的再鈍化來不及修復破損的鈍化膜,露出新鮮的活性金屬表面,從而使磨痕內外構成腐蝕原電池,未鈍化處為陽極,有保護膜的部位為陰極,組成腐蝕電池,其反應為:

      陽極反應:Fe+3OH-→HFeO-2+H2O+2e3HFeO-2+H+→Fe3O4+2H2O+2e

      陰極反應:H++e→H2H→H2

      由于金屬組織結構的不均勻性,腐蝕破壞了材料的晶界或其他組織的完整性,降低了材料的結合強度,很容易使材料剝落而增加磨損量。在形成鈍化膜的體系中,表面剪切力使鈍化膜開裂、成片撕裂,從而產生脆性剝落,加速材料的流失。在這種情況下,由于材料不再是逐漸地被磨去,而是因腐蝕介質中材料本身或表面膜的脆化,使得材料成片地開裂和剝落,因此材料的磨損量成倍地增加(7)。

      3.磨粒磨損

      腐蝕磨損發生后,塞子與閥體密封面存在大量腐蝕產物,由形貌觀察可知塞子外表面存在與塞子運動方向一致的明亮劃痕,這說明在塞子外表面還存在磨粒磨損。磨粒磨損是由外界硬質顆?;蛴脖砻娴奈⒎逶谀Σ粮睂ε急砻嫦鄬\動過程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現象,其特征是在摩擦副對偶表面沿滑動方向形成劃痕。塞子外表面顆粒狀腐蝕物作為磨粒作用在材料表面,顆粒上承受的摩擦力載荷可分解為法向分力和切向分力,在法向分力作用下,磨粒的棱角刺入材料表面,在切向分力作用下,磨粒沿平行于表面的方向滑動,帶有銳利棱角并具有合適迎角的磨粒能切削材料而形成切屑。如果磨粒棱角不夠銳利,或是刺入表面角度不適合切削,由于磨粒推擠材料,使之堆積在磨粒運動的前方或兩側,使材料表面產生犁溝變形。在磨損系統中,磨料顆粒的形狀和硬度是決定磨料磨損機理的重要參量(8)。塞子外表面存在的大量的硬度較高且較鋒利的腐蝕顆粒物對塞子的磨損起了重大作用。

      結論

      1)閥門材質與設計規定不符,旋塞閥塞子所用材料抗腐蝕性能降低是導致旋塞閥泄漏的主要原因。而在旋塞閥塞子表面發生腐蝕磨損和磨粒磨損,使得塞子表面出現粗糙并減薄,這是旋塞閥泄漏的直接原因。

      2)更換材質不符合規定的旋塞閥塞子材料,使用符合標準的高加工質量和熱處理性能的旋塞閥。

      3)必要時建議更換使用油密封式旋塞閥或壓力平衡式倒錐密封旋塞閥;這兩類閥在開啟或關閉過程中對密封面有擦拭作用,可以除去固體顆粒,不致劃傷密封面。同時,還應加強閥門的質量管理,確保產品質量合格的閥門應用于生產實際中。


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