Существует много форм трещин в теплообменных трубах из нержавеющей стали, которые являются результатом сложного взаимодействия характеристик материала, технологических дефектов и факторов окружающей среды, механизм их формирования и морфологические характеристики трещин неразрывно связаны.
С точки зрения собственных свойств материала, нержавеющая сталь 304 подвержена точечной коррозии в среде, содержащей ионы хлора, в то время как 316L из — за содержания 2 — 3% молибдена может значительно повысить коррозионную стойкость, если материал 304 неправильно используется в прибрежной или химической среде, изгиб будет разрываться из — за локальной коррозионной перфорации.
Недостатки процесса холодной обработки одинаково важны, если в процессе формирования изгиба наблюдается неравномерная толщина стенки или превышение эллиптической степени, что может привести к аномальному распределению напряжений, случай показывает, что холодная вытяжная труба из — за износа формы вызывает отклонение толщины стенки более 15%, риск разрыва увеличивается в три раза.
Межкристаллическая коррозия в зоне теплового воздействия сварного звена особенно скрыта, когда сварочный шов находится в интервале температуры чувствительности 450 — 850°C слишком долго, выделение карбида хрома образует обедненную хромовую область, изгиб 304 химического завода из — за многослойной сварки неуправляемой межслойной температуры, трещина вдоль границы кристалла через 6 месяцев после использования.
Продольные трещины, как правило, тесно связаны с составом материала и качеством сварки, когда содержание углерода слишком велико, что может привести к жесткости трубы, после сварки может произойти растрескивание. Неправильный выбор сварного материала может привести к ползучести сварного шва в сочетании с высокотемпературным состоянием и нагрузкой, что, в свою очередь, вызовет растрескивание. Если во время сварки не удаляется загрязнение сварного интерфейса или скорость сварки неправильная, это может привести к растрескиванию шва. Закрепление обработки также является важным стимулом, 304 трубы из нержавеющей стали в процессе холодной обработки будет закаляться, вызывая мартенситную ткань, эта ткань очень хрупкая, легко трескается. Коррозия под напряжением в сочетании с конкретными коррозионными средами (такими как ионы хлора) и напряжениями (такими как остаточное напряжение при сварке) может привести к коррозионному растрескиванию материала под напряжением, и эта трещина, как правило, имеет « леденцообразную» форму, распределенную вдоль границы кристаллов, и имеет сильную скрытость.
Горизонтальные трещины в основном появляются в положении основного материала, а не в сварных швах, и их образование тесно связано с обогащением медных элементов вдоль границы кристаллов. В одном случае после гидравлического испытания сварной трубы из нержавеющей стали 316L на исходном материале появилось большое количество поперечных коротких трещин, перпендикулярных сварному шву. Наблюдение сканирующего зеркала показало, что излом имеет ледяной профиль вдоль кристалла, а спектральный анализ подтвердил, что медные элементы на трещине обогащены вдоль границы кристалла. Этот механизм образования трещин включает в себя синергию ослабления границ кристаллов с концентрацией локальных напряжений, а тонкостенные трубы (толщина менее 1,0 мм) более подвержены таким дефектам. Уточнение зерна увеличивает количество границ зерна, так что энергия границ зерна увеличивается, тем самым уменьшая вязкость нержавеющей стали, граница зерна подвержена растрескиванию под действием напряжения.
Сетчатая трещина в основном возникает из — за сочетания теплового напряжения сварки с эвтектиками с низкой температурой плавления. Аустенитная нержавеющая сталь имеет небольшой коэффициент теплопередачи и большой коэффициент теплового расширения, создавая большое напряжение и деформацию во время сварки. При сварке кристаллов остатки или эвтектика с низкой температурой плавления легко концентрируются на кристалле, создавая тепловые трещины под действием сварного напряжения. Эта трещина имеет сетчатое распределение и напрямую связана с сегрегацией примесей, таких как сера и фосфор в материале. Одно исследование показало, что, когда содержание серы в нержавеющей стали превышает 0015%, тенденция к термическим трещинам значительно возрастает. Меры предосторожности включают в себя строгое ограничение содержания S и P в исходном материале и сварном материале, использование сварного материала, содержащего соответствующее количество феррита, и быструю сварку малым током для уменьшения теплового ввода.
Кольцевые трещины часто встречаются на стыке трубчатой пластины, макроскопическое наблюдение показывает, что излом не имеет существенного утолщения и пластической деформации, поверхность имеет продукты коррозии, некоторые положения показывают ярко — цветные новые характеристики разрыва. Анализ золотой фазы показывает, что трещины тонкие и ветвистые, острые кончики, метод расширения в основном транскристаллический, демонстрируя типичные характеристики коррозионного растрескивания под напряжением. Формирование такой трещины требует одновременного существования трех условий: чувствительного материала, конкретной коррозионной среды (например, ионов хлора) и растягивающего напряжения. В одном случае после 240 часов работы теплообменника в среде, содержащей ионы хлора, образовалась кольцевая трещина, в то время как образец 316L оставался нетронутым при тех же условиях.
Для решения трещин требуется многотрубный подход: в суровой среде должен быть выбран 316L или двухфазный стальной материал, после холодной обработки необходимо провести отверждение 1050 — 1100°C для устранения внутреннего напряжения, сварка с использованием сверхнизкоуглеродного сварного материала и контроля температуры между слоями ниже 150°C.