碱性介质中旋塞阀磨损失效分析(下）

　　旋塞阀失效原因分析

　　1.阀门材质与设计规定不符

　　根据化学成分分析可知，失效旋塞阀塞子的材质不是设计规定的316L型超低碳奥氏体不锈钢材料，而是329J1双相不锈钢。与奥氏体不锈钢相比，329J1双相不锈钢耐热性较低，一般控制在300℃以下的工作环境中使用，冷加工比1828型奥氏体不锈钢的加工硬化效果大，存在中温脆性区（如σ相，475℃脆性）对热处理及焊接的不利，而且含25%Cr的双相不锈钢比奥氏体不锈钢的加工困难。

　　塞子与阀体密封面之间是靠接触的本体金属来密封，密封力靠拧紧塞子下螺母实现。为了使较小的预紧力便能达到密封，塞子与阀体密封面的表面粗糙度要小，锥度配合要准，才能使该类旋塞阀易实现密封（6）。而金相分析显示塞子内表面粗糙，存在夹杂物和疏松，这对材料的力学性能和工艺性能均有不利影响，从而降低了旋塞阀的密封性。

　　2.腐蚀磨损

　　根据金相分析和形貌观察可知塞子表面存在腐蚀磨损。腐蚀磨损是在腐蚀介质中摩擦表面与介质发生化学或电化学反应而产生材料流失的磨损现象，因而是在表面切应力和化学介质协同作用下导致材料的过早失效（7）。材料在腐蚀磨损条件下，腐蚀作用加速了磨损行为，而磨损产生的新鲜表面又促进了腐蚀作用，同时腐蚀能够增加金属表面的粗糙度。塞子在使用中主要承受介质对其内壁的冲刷和启闭时阀体对塞子表面的摩擦力，在碱性腐蚀介质中，摩擦力破坏了塞子外表面的钝化膜，腐蚀电位负移，腐蚀倾向加大，腐蚀介质的再钝化来不及修复破损的钝化膜，露出新鲜的活性金属表面，从而使磨痕内外构成腐蚀原电池，未钝化处为阳极，有保护膜的部位为阴极，组成腐蚀电池，其反应为：

　　阳极反应：Fe+3OH-→HFeO-2+H2O+2e3HFeO-2+H+→Fe3O4+2H2O+2e

　　阴极反应：H++e→H2H→H2

　　由于金属组织结构的不均匀性，腐蚀破坏了材料的晶界或其他组织的完整性，降低了材料的结合强度，很容易使材料剥落而增加磨损量。在形成钝化膜的体系中，表面剪切力使钝化膜开裂、成片撕裂，从而产生脆性剥落，加速材料的流失。在这种情况下，由于材料不再是逐渐地被磨去，而是因腐蚀介质中材料本身或表面膜的脆化，使得材料成片地开裂和剥落，因此材料的磨损量成倍地增加（7）。

　　3.磨粒磨损

　　腐蚀磨损发生后，塞子与阀体密封面存在大量腐蚀产物，由形貌观察可知塞子外表面存在与塞子运动方向一致的明亮划痕，这说明在塞子外表面还存在磨粒磨损。磨粒磨损是由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象，其特征是在摩擦副对偶表面沿滑动方向形成划痕。塞子外表面颗粒状腐蚀物作为磨粒作用在材料表面，颗粒上承受的摩擦力载荷可分解为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动，带有锐利棱角并具有合适迎角的磨粒能切削材料而形成切屑。如果磨粒棱角不够锐利，或是刺入表面角度不适合切削，由于磨粒推挤材料，使之堆积在磨粒运动的前方或两侧，使材料表面产生犁沟变形。在磨损系统中，磨料颗粒的形状和硬度是决定磨料磨损机理的重要参量（8）。塞子外表面存在的大量的硬度较高且较锋利的腐蚀颗粒物对塞子的磨损起了重大作用。

　　结论

　　1）阀门材质与设计规定不符，旋塞阀塞子所用材料抗腐蚀性能降低是导致旋塞阀泄漏的主要原因。而在旋塞阀塞子表面发生腐蚀磨损和磨粒磨损，使得塞子表面出现粗糙并减薄，这是旋塞阀泄漏的直接原因。

　　2）更换材质不符合规定的旋塞阀塞子材料，使用符合标准的高加工质量和热处理性能的旋塞阀。

　　3）必要时建议更换使用油密封式旋塞阀或压力平衡式倒锥密封旋塞阀；这两类阀在开启或关闭过程中对密封面有擦拭作用，可以除去固体颗粒，不致划伤密封面。同时，还应加强阀门的质量管理，确保产品质量合格的阀门应用于生产实际中。