316L 不锈钢螺栓腐蚀断裂分析及防护建议

2021-04-23 12:46:51

某石化公司丁苯橡胶装置后处理单元共有 6 条独立的生产线，每条生产线的工艺流程基本相 似，即进入生产线的胶粒水经过振动筛、脱水挤压 机、干燥机、热箱、垂直提升机等设备的脱水、干 燥，最后生产出聚丁苯橡胶等产品。生产线在运 行过程中，其干燥机紧固螺栓频繁发生腐蚀断裂， 为确保安全生产，该公司必须对干燥机螺栓定期 进行更换。螺栓腐蚀断裂，严重影响了后处理单 元各条生产线的安全、稳定运行。为了查找干燥 机螺栓的腐蚀断裂原因，采用宏观检查、化学成分 分析、硬度检测、金相检查、扫描电镜及 X 射线衍 射( XＲD) 等检验方法进行了检测分析。

一、腐蚀分析 

（一）宏观检查 

在检查螺栓腐蚀断裂情况时发现: 螺栓的断 裂部位均出现在螺栓头部附近，螺栓头、螺杆光 杆、螺纹等部位表面有一层红色的腐蚀产物。其 中螺栓头部腐蚀最为严重，其次是螺杆光杆部位， 而螺纹部位腐蚀轻微，且螺纹局部仍有金属光泽。螺栓断裂部位集中出现在螺栓头根部，断口无明 显塑性变形，为脆性断裂。螺杆光杆表面可见大 量环向裂纹，也有少量轴向裂纹，从螺栓头部至螺 纹部位裂纹深度、宽度逐渐变小。由此可以断定， 裂纹起源于螺栓头部位，并向螺杆光杆及螺纹方向扩展，裂纹缝隙中有大量的片层状腐蚀产物 ( 如图 1 所示) 。将螺杆的光杆表面进行打磨，打 磨后可见: 其表面布满多而细的环向裂纹，且裂纹 具有明显的分支，整体呈树枝状，具有典型的应力 腐蚀开裂特征。

（二）材质化学成分分析 

采用光谱仪对螺栓进行化学成分分析，结果 见表 1。由表 1 可知，螺栓化学成分均符合 316L 不锈钢化学成分的标准要求。1． 3 硬度分析 在螺栓断裂部位及螺纹部位取样进行显微硬 度测试，测试结果见表 2。由表 2 可知，螺栓断裂 部位和螺纹部位的硬度值都较高，两部位硬度平 均值分别为 298． 2 HV 和 300． 3 HV，高于相关标 准中 316L 钢最大硬度值 235 HV。螺栓硬度值偏 高，势必会大大增加螺栓应力腐蚀开裂的敏感性。

（三）金相组织分析 

在螺栓断裂部位取样，对螺栓横截面进行金 相组织观察，结果如图 2 所示。由图 2 可见，螺栓 的金相组织为奥氏体组织，且组织内存在大量孪 晶，导致螺栓抗拉强度提高，因而硬度也偏高，增 加了螺栓应力腐蚀开裂的敏感性。金相组织上有 大量的贯穿性裂纹，裂纹起源于螺栓外表面，扩展 方式为沿晶与穿晶混合型。