某公司生產(chǎn)的GL525型酒槽干燥烘干機，其整體管束系采用402根規(guī)格為∮51×3mm.長為7.89m.材料為lCr18Ni9Ti的無縫不銹鋼列管與管板連接而成。在工作中，用螺旋輸送機輸送含水為67%的濕酒糟，通過轉(zhuǎn)動管板與不銹鋼列管，管內(nèi)并通以0.6MPa壓力、250℃溫度的水蒸汽，以10r/min轉(zhuǎn)速對濕酒槽料進行干燥。為達到密封、不致泄露高溫水蒸汽的目的，制造時在不銹鋼列管與管板外側連接處進行焊接，并采用脹管機對連接處的列管內(nèi)側進行脹管，以使其為緊配合。制成后，在管內(nèi)通以1.28MPa壓力的水，對不銹鋼列管進行水壓試驗時未出現(xiàn)泄露。但經(jīng)4個多月使用后，有多臺干燥烘干機均有4~5根的不銹鋼列管發(fā)生泄露或斷裂。本文應用掃描電鏡等對斷裂的不銹鋼列管斷口進行了分析，確定其斷裂失效的原因，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、木屑烘干機等生物質(zhì)燃料成型、烘干機械設備。
理化分析
    經(jīng)化學成分分析，斷裂不銹鋼列管成分為lCr18Ni9Ti，所用材料符合技術要求。其橫向截面的金相組織為單相奧氏體及孿晶組織。高倍下可見鋼中存在較多的TiN類及硫化物類夾雜物。斷口宏觀分析
    不銹鋼列管斷裂部位處在列管與管板連接處。宏觀斷口細致，與管軸線垂直，無明顯塑性變形，其上有3個明顯臺階。在各臺階面上，靠管內(nèi)側均有隱約可見、呈半圓形貝紋狀特征的光滑區(qū)，表明列管呈典型的多源疲勞斷裂。整個斷口依其面上的臺階，也可分為4個區(qū)，裂紋以其各自源產(chǎn)生、擴展并相互連接而最后斷裂。疲勞裂紋均起始于列管內(nèi)壁（圖1）；裂紋擴展區(qū)具有典型的放射狀及半圓形貝紋狀線條；最后瞬時斷裂區(qū)隱約可見人字紋或放射狀線條特征。斷口局部表面有明顯擦傷痕跡，此系為兩匹配斷口相互摩擦所致。管內(nèi)壁上有肉眼可見的表面?zhèn)�痕�?br /> 斷口的掃描電鏡分析
    不銹鋼列管斷口的掃描電鏡分析表明：疲勞裂紋均起源于列管內(nèi)壁，其上存在明顯的周向表面?zhèn)�痕，并有垂直于管�?nèi)壁表面的微裂紋。該裂紋從管內(nèi)壁表面向外擴展，裂紋頭部有分叉，可見列管內(nèi)壁表面局部已有碎裂。疲勞裂紋慢速擴展區(qū)由于匹配斷口的相互摩擦，雖己嚴重磨合，斷口疲勞特征不甚明顯，但在其后期的斷口仍具有明顯的疲勞輝紋花樣（圖2），這是材料疲勞斷裂的典型特征。列管內(nèi)壁表面?zhèn)�痕分�?br />     利用掃描電鏡觀察不銹鋼列管內(nèi)壁表面，可見內(nèi)壁表面有明顯的呈周向分布的表面?zhèn)�痕及沿傷痕開裂的裂紋，這是在對與管板連接處的列管內(nèi)側進行脹管時，由于工藝不當、脹管過深所造成不應有的表面損傷。勢必使該處在工作中產(chǎn)生較大的應力集中，成為疲勞裂紋萌生的策源地。同時，在列管內(nèi)壁局部表面也發(fā)現(xiàn)有沿晶腐蝕特征。
分析與討論
    該酒槽干燥烘干機其整體管束系由眾多不銹鋼列管與管板連接而成，在制造中對其外側連接處進行焊接，管內(nèi)側采用脹管機進行脹管，以使連接處的列管與管板為緊配合。在工作中，通過轉(zhuǎn)動管板與不銹鋼列管，管內(nèi)并通以壓力為0.6Mpa、溫度為250℃的水蒸汽，以轉(zhuǎn)速為10r/min對從螺旋輸送機輸送的含水67%的濕酒糟料施以攪動、并進行干燥。由于管外不斷受到濕酒糟料的沖擊，且列管較長，加之列管本身自重，故在列管與管板連接處承受著較大交變彎曲載荷。列管內(nèi)壁表面上存在著因脹管不當所造成的表面?zhèn)�痕及微裂紋，更加劇了該處的應力集中，從而在列管內(nèi)壁表面多處產(chǎn)生疲勞裂紋源。在交變應力作用下，疲勞裂紋的進一步擴展，穿透列管，將引起高溫蒸氣泄漏。各疲勞裂紋的擴展并相互連接，當裂紋尺寸達到臨界值時，裂紋將快速擴展，最終導致列管發(fā)生瞬時斷裂。