陽床樹脂再生罐不銹鋼管斷裂分析

陳玉喜++谷昊

摘 要：通過對(duì)斷裂不銹鋼管進(jìn)行化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)及斷口分析，其結(jié)果表明：斷裂的不銹鋼鋼管化學(xué)成分不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼管的斷裂可能是由于焊接熱影響區(qū)的不銹鋼產(chǎn)生敏化，繼而出現(xiàn)晶間腐蝕最終導(dǎo)致斷裂。

關(guān)鍵詞：不銹鋼管；敏化；晶間腐蝕

1 前言

某電站陽床樹脂再生罐發(fā)生樹脂泄漏，維修人員對(duì)其內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)不銹鋼管發(fā)生斷裂。陽床樹脂再生罐接收從陽床送出的陽樹脂，用壓縮空氣擦洗、水反沖洗、水正沖洗的方法對(duì)陽樹脂進(jìn)行清潔，采用4-5%濃度的鹽酸溶液對(duì)陽樹脂進(jìn)行再生。陽床樹脂再生罐運(yùn)行溫度為5～60℃，運(yùn)行壓力≤0.54MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 斷口宏觀檢驗(yàn)

不銹鋼管一端與法蘭焊接在一起，其示意圖見圖1。斷口位于焊縫1上部焊縫熔合線附近，斷裂面基本垂直于不銹鋼管軸線（見圖2），橫向斷裂。斷口表面較粗糙，壁厚均勻無明顯減薄現(xiàn)象，未見明顯塑性變形特征，為脆性斷口。

2.2 化學(xué)成分分析

使用SPECTRO XSORT手持式光譜儀對(duì)斷裂不銹鋼管進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。

根據(jù)技術(shù)資料顯示不銹鋼管設(shè)計(jì)材質(zhì)為316L。而化學(xué)分析結(jié)果表明，不銹鋼管中Mo含量?jī)H為0.19%，AISI標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)316L不銹鋼Mo含量要求為2.00～3.00%，說明該不銹鋼管材質(zhì)并非316L。

2.3 金相檢驗(yàn)

在法蘭上縱向切取試樣， 進(jìn)行金相試驗(yàn)。圖3a和圖3b是拋光態(tài)的斷面及鋼管內(nèi)壁形貌，圖中可觀察到晶界出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，腐蝕深度約為360μm。經(jīng)王水浸蝕后，不銹鋼管的金相組織為孿晶奧氏體，斷面（圖3c）及內(nèi)壁（圖3d）可見明顯晶間裂紋。焊縫區(qū)（見圖3e）為均勻的樹枝晶鑄態(tài)組織， 未見任何微裂紋、氣孔等焊接缺陷存在。熔合區(qū)（見圖3f）焊接結(jié)合良好， 未見任何未熔合微區(qū)存在，未出現(xiàn)晶界腐蝕現(xiàn)象。

2.4 斷口微觀檢驗(yàn)

對(duì)不銹鋼管斷口位置截取試樣在掃描電鏡下進(jìn)行微觀觀察，試驗(yàn)儀器為蔡司EVO18型掃描電子顯微鏡。結(jié)果如圖4所示，斷口為沿晶斷口，局部區(qū)域晶面可見明顯的腐蝕坑，為晶間腐蝕脆性開裂斷口。

3 分析討論

316L奧氏體不銹鋼是一種含Mo的超低碳不銹鋼，含碳量小于0.03%，Cr、Ni的含量均較高，Mo元素的加入使其耐蝕性更加突出，優(yōu)于304、310不銹鋼，具有良好的耐氯化物腐蝕性能，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能和焊接性能。但對(duì)于斷裂失效鋼管的化學(xué)分析結(jié)果表明，斷裂不銹鋼管中Mo含量顯著低于AISI標(biāo)準(zhǔn)中316L的Mo含量（2-3%），使得不銹鋼管的耐蝕性能大大降低。此外不銹鋼材料的晶間腐蝕通常是由于其敏化或成分不合格所致。對(duì)于Cr-Ni系奧氏體不銹鋼，其敏化溫度范圍為450℃-850℃，通常位于焊接接頭的熱影響區(qū)，即離熔合線3-5mm處。

對(duì)于本文中的斷裂鋼管從斷口的宏觀形貌可以看出，斷裂位置未見明顯的塑性變形區(qū)域，屬于典型的脆性斷裂，金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，出現(xiàn)晶間腐蝕的區(qū)域均位于焊接熱影響區(qū)，而靠近熔合線區(qū)域并未出現(xiàn)沿晶裂紋。這是因?yàn)樵趯?duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，電弧熔池的溫度高達(dá)一千多度，不銹鋼處于固溶狀態(tài)，而在焊縫兩側(cè)溫度隨距離的增加而下降，其中存在敏化溫度區(qū)，對(duì)于敏化態(tài)的不銹鋼處于4-5%的鹽酸溶液中長(zhǎng)時(shí)間服役腐蝕沿晶界均勻發(fā)展，甚至晶粒脫落，使得材料本身的強(qiáng)度急劇下降，在收到自身流體介質(zhì)的沖擊或強(qiáng)烈的機(jī)械碰撞后，表面出現(xiàn)裂紋進(jìn)而出現(xiàn)晶間腐蝕斷裂。

4 結(jié)論

通過對(duì)不銹鋼管的理化檢驗(yàn)和分析，得出結(jié)論：

（1）不銹鋼管化學(xué)成分不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

（2）不銹管在焊接時(shí)，熱影響區(qū)的不銹鋼管產(chǎn)生敏化。鹽酸溶液是奧氏體不銹鋼的敏感性腐蝕介質(zhì)，斷裂不銹鋼管內(nèi)壁受鹽酸溶液的長(zhǎng)期侵蝕，出現(xiàn)晶間裂紋，最終引起晶間腐蝕開裂。

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