安全阀是移动式压力容器重要安全附件，安全 阀的动作主要靠弹簧来控制。因此安全阀的弹簧是 安全阀的核心部件。一旦弹簧断裂破坏安全阀将失 去保护功能。分析安全阀弹簧的断裂原因有助于相 关单位避免安全阀失效事故发生。

　　图1和图2为同一辆罐车上两个安全阀的弹 簧断裂图，该安全阀公称压力2.5MPa，开启压力 为1.70-1.77MPa，工作温度为0-40℃。使用时间为 2015年8月，在2017年8月检验时发现断裂。查 阅质量证明书，发现该安全阀为同一批次产品。并 没有标明该弹簧材质。

　　1宏观分析 该弹簧整体腐蚀较轻，外表面和弹簧圈之间存 在毛刺和锈蚀等有害缺陷，见图3和图4，弹簧断 裂位置位于靠近紧固螺栓侧第二圈和第三圈。弹簧 两对称断口之间啮合好，间隙小，裂纹末端尖锐， 断口颜色为黑色，并附带有砖红色锈蚀产物。断口 表面形貌为放射状条纹，放射状条纹指向表面严重 锈蚀处，见图3。

　　2化学成分分析 利用直读光谱仪对试样进行化学成分分析，如 表1所示

　　从表1可以看出，断裂试样材料化字成分的 检测结果满足标准GB/T1222-2007《弹簧钢》中 60Si2Mn牌号的要求。60Si2Mn是常用的安全阀弹 簧用钢。硅锰弹簧钢是同时加入硅、锰，能显著强 化基体铁素体，大为提高了钢的弹簧极限，屈强比 可达到0.8~0.9，而且疲劳强度也有显著提高。硅、 锰元素的共同作用提高了钢的淬透性，硅还有效地 提高回火稳定性。硅促进脱碳倾向，猛增大了钢过 热敏感性。

　　3金相和硬度分析 3.1金相分析

　　对断口截面进行金相分析，如图5为靠近外表 面腐蚀处的横截面的显微组织，靠近表面处显微组 织存在脱碳层，脱碳层厚度约为30um，从图5可以 看出脱碳层中存在明显清晰可见微裂纹。这也说明 裂纹萌生于表面局部腐蚀处。腐蚀处的脱碳层因为 强度和组织结构不稳定而引起微裂纹。

　　通过图6可以看出，弹簧钢内部组织为回火屈 氏体+针状马氏体，金相细小且均匀。

　　3.2硬度检测 在1#试样横截面上，从距内表面0.5mm处向 外表面连续测试10个点，两点之间间隔1mm，测 试结果见表2。

　　5弹簧断裂原因及分析 a弹簧使用时间两年，表面未见大量腐蚀。

　　断口没有明显塑形变形，内部组织硬度偏高， 60Si2Mn常用的热处理工艺为淬火加中温回火，得 到回火屈氏体，可以使弹簧具有一定的冲击韧性， 较高的弹性极限，屈强比和最高的疲劳强度。同时 喷丸，渗氮等表面处理工艺也应用于弹簧制造过程。

　　喷丸的目的是使弹簧表面的晶粒细化，形成一定厚 度的强化层，储存残余应力，在弹簧承受交变载荷 时抵销部分应力，从而提高弹簧的疲劳强度，但是 如果喷丸过程中并圈处间隙太小，可能导致该区域 未达到强化效果，使弹簧抗疲劳强度降低，在使用 过程中易产生表面裂纹。

　　b弹簧表面涂有一层防腐覆盖层，在交变应力 作用下覆盖层破裂，在环境因素影响下防腐层局部 形成腐蚀坑，在交变应力作用下应力集中形成初裂 纹，环境因素和应力因素同时作用于腐蚀坑中的裂 纹源，使得裂纹扩展，形成腐蚀疲劳裂纹。

　　c宏观清晰看见放射状纹路，断口附近无塑变， 断裂源来自腐蚀坑处，微观形貌为解理断裂。在基 体上发现大量微裂纹，断口整体偏脆，程脆性断裂， 断口特征与腐蚀疲劳裂纹相符。证明该弹簧断裂为 腐蚀疲劳裂纹开裂。

　　d该安全阀用于液化气罐车上，介质为液化石 油气，如果纯度不高可能含有硫化氢和水，同时罐 车在充装，运输以及卸载后三种状态下弹簧的受力 不同，使得弹簧长期受交变载荷作用，在湿的硫化 氢环境下，容易产生腐蚀疲劳断裂。

　　6结论与建议 由上述分析可以得知，该弹簧在加工制造后的喷 丸处理过程中，高速弹丸没有均匀的射在弹簧表明， 在弹簧并圈部位未达到强化效果，该部位涂盖的防锈 层在交变作用下破损后受腐蚀介质和交变应力作用下 形成裂纹源，长期作用下裂纹扩散使得弹簧断裂。

　　a设计制造时应注意弹簧并圈处及相邻圈间间 距，过小的间隙不仅无法保证喷丸处理的效果，在 应用中也易引起接触疲劳。在喷丸处理后，应将喷 丸微粒子清洗干净。

　　b在正常使用时防止受力过大导致弹簧间的碰 撞摩擦。弹簧表面有一层防锈涂层，涂层在圈间因 碰撞摩擦形成漏点，在漏点处发生了锈蚀。所以应 选用质量较好的涂层， c弹簧的热处理过程在整个弹簧生产加工过程 中至关重要，直接影响材料的力学性能。主要的热 处理工艺是淬火+中温回火，弹簧钢回火过程也是 碳化物在马氏体中析出过程，回火温度偏低或者回 火时保温时间偏短就会使得弹簧钢硬度偏高。

　　d检修时对安全阀进行分解、清洗，安全阀弹 簧长期在应力作用下工作，会引起弹力下降，脆性 增大的倾向，检修时可用小锤轻敲弹簧发音低沉沙 哑的弹簧回应，仔细检查发现表面损伤，锈蚀情况。

　　弹力下降的弹簧应立即更换，对有怀疑的弹簧可进 行无损探伤检查。

　　e严格执行国家有关液化石油气的质量标准， 降低液化石油气中硫化氢和水的含量，提高液化石 油气的质量。严格执行罐车在装、卸操作规程，减 少有害气体对充装介质的污染。严格控制高液位运 行，减少罐内介质与弹簧的接触，以减轻介质中的 有害成分对弹簧的腐蚀。