(2.84)--材控金属构件失效分析.ppt

316L不锈钢管道不锈钢管道晶间腐蚀失效晶间腐蚀失效I love outdoor sports1.失效背景失效背景腈纶厂输送液态腈纶厂输送液态SO2的的316L不锈钢管道在使用中出不锈钢管道在使用中出现泄漏，检查发现有现泄漏，检查发现有3处环焊缝发生了裂纹而泄漏。处环焊缝发生了裂纹而泄漏。该管道只使用一年，之后一直空置（三年）。该管道只使用一年，之后一直空置（三年）。I love outdoor sports316L不锈钢成分 元素元素 百分比百分比CCrNiMoSiP0.0316-18 10-142-30.750.04I love outdoor sports图图1 失效的宏观形貌失效的宏观形貌（a）检查发现的裂纹）检查发现的裂纹（b）外表面裂纹示意图）外表面裂纹示意图裂纹在焊缝法兰侧的热影响区上，距离熔合线裂纹在焊缝法兰侧的热影响区上，距离熔合线3-5mm，外表面有分叉，没有点腐蚀。内表面光洁，有腐蚀，外表面有分叉，没有点腐蚀。内表面光洁，有腐蚀斑点，个别地方有数毫米长的周向裂纹，无分叉斑点，个别地方有数毫米长的周向裂纹，无分叉。I love outdoor sports2.金相形貌金相形貌200图图2 法兰内壁腐蚀斑点处纵向剖面的金相法兰内壁腐蚀斑点处纵向剖面的金相I love outdoor sports图图2为裂纹剖面金相照片。未穿透壁厚方向为裂纹剖面金相照片。未穿透壁厚方向上周向裂纹无明显分叉。上周向裂纹无明显分叉。图图2下部为母材奥氏体组织，特点是晶界较下部为母材奥氏体组织，特点是晶界较细，符合一般单相奥氏体不锈钢的特点。细，符合一般单相奥氏体不锈钢的特点。从图中可以看出，内表面有多处晶粒分离从图中可以看出，内表面有多处晶粒分离现象，显示出明显的晶间腐蚀特征。但晶现象，显示出明显的晶间腐蚀特征。但晶间腐蚀深度并不深，大约间腐蚀深度并不深，大约6-7个晶粒深，说个晶粒深，说明内壁腐蚀斑点处发生了晶间腐蚀。明内壁腐蚀斑点处发生了晶间腐蚀。I love outdoor sports3.断口扫描电镜分析断口扫描电镜分析图图3（a），这部分断口已经被严重腐蚀，但断口），这部分断口已经被严重腐蚀，但断口上仍可大约观察出这些宏观的放射纹是源于内表上仍可大约观察出这些宏观的放射纹是源于内表面的。面的。图图3（a）扫描电镜扫描电镜低倍形貌低倍形貌49I love outdoor sports图图3（b），断口为岩石），断口为岩石状形貌，有沿晶的二次状形貌，有沿晶的二次裂纹。裂纹。裂纹起源内表面能谱分裂纹起源内表面能谱分析显示含有大量硫，靠析显示含有大量硫，靠近外壁断口上同样发现近外壁断口上同样发现大量硫。分析表明法兰大量硫。分析表明法兰发生晶间腐蚀进而发生发生晶间腐蚀进而发生的应力腐蚀与硫有关。的应力腐蚀与硫有关。500 图图3(b)近表面处断口形貌近表面处断口形貌I love outdoor sports4.讨论思路讨论思路管内介质分析管内介质分析晶间腐蚀和应力腐蚀分析晶间腐蚀和应力腐蚀分析316L钢的耐应力腐蚀性能钢的耐应力腐蚀性能应力的联合作用应力的联合作用I love outdoor sports（1）管内介质分析）管内介质分析管内为管内为99.99%SO2，水含量小于，水含量小于0.01%，属，属于无水纯净液态于无水纯净液态SO2，这种干燥液态，这种干燥液态SO2不不会产生晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。但工厂会产生晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。但工厂使用的使用的SO2不一定都是无水的，如果水分超不一定都是无水的，如果水分超标，或设备放置不用时管内标，或设备放置不用时管内SO2接触到大气接触到大气水分时，均会出现亚硫酸。水分时，均会出现亚硫酸。SO2+H2O=H2SO3I love outdoor sports（2）316L晶间腐蚀和应力腐蚀分析晶间腐蚀和应力腐蚀分析316L为超低碳不锈钢，具有良好的抗晶间性为超低碳不锈钢，具有良好的抗晶间性能。但焊接不当时，热影响区会出现敏化能。但焊接不当时，热影响区会出现敏化现象。裂纹在法兰高颈一侧，另一侧没有现象。裂纹在法兰高颈一侧，另一侧没有裂纹，说明高颈部位厚度大，冷却速度比裂纹，说明高颈部位厚度大，冷却速度比较慢，产生了敏化。较慢，产生了敏化。I love outdoor sports接头敏化作用接头敏化作用不锈钢的敏化现象不锈钢的敏化现象v敏化作用：钢中的碳敏化作用：钢中的碳(通通常含常含0.08)与铬结合，与铬结合，在热处理过程中或在焊在热处理过程中或在焊接过程中在晶界析出。接过程中在晶界析出。形成的碳化物使晶界出形成的碳化物使晶界出现贫铬，并在晶界形成现贫铬，并在晶界形成抗腐蚀薄膜同时发生局抗腐蚀薄膜同时发生局部的晶界腐蚀，降低了部的晶界腐蚀，降低了材料的耐应力腐蚀性。材料的耐应力腐蚀性。I love outdoor sportsC+CrI love outdoor sports（3）316L钢的耐应力腐蚀性能钢的耐应力腐蚀性能316L钢除对氯离子敏感易产生腐蚀之处，从许多有钢除对氯离子敏感易产生腐蚀之处，从许多有关腐蚀的著作中均可查到关腐蚀的著作中均可查到316型的奥氏体不锈钢对亚型的奥氏体不锈钢对亚硫酸是敏感的，一旦出现亚硫酸，则即会造成晶间硫酸是敏感的，一旦出现亚硫酸，则即会造成晶间腐蚀，在应力作用下晶间腐蚀发展成为应力腐蚀裂腐蚀，在应力作用下晶间腐蚀发展成为应力腐蚀裂纹。纹。典型的典型的晶间腐蚀晶间腐蚀I love outdoor sports（4）应力的联合作用）应力的联合作用管子出现的裂纹是周向的，说明这不是管管子出现的裂纹是周向的，说明这不是管子的内压力引起的周向应力的作用。管道子的内压力引起的周向应力的作用。管道组装与投用后的弯曲应力和工作时的热膨组装与投用后的弯曲应力和工作时的热膨胀应力则往往是与管子轴向平行，如果再胀应力则往往是与管子轴向平行，如果再叠加焊接的残余应力（沿与焊缝相垂直的叠加焊接的残余应力（沿与焊缝相垂直的方向），则可能导致出现周向的应力腐蚀方向），则可能导致出现周向的应力腐蚀裂纹。裂纹。I love outdoor sports5.结论结论对所取样品经裂纹的宏观分析、金相分析、对所取样品经裂纹的宏观分析、金相分析、断口的扫描电镜分析、微区腐蚀物的能谱断口的扫描电镜分析、微区腐蚀物的能谱分析等，得到以下几点分析结论：分析等，得到以下几点分析结论：（1）热影响区中的近熔合线处的晶粒有些）热影响区中的近熔合线处的晶粒有些粗化，但在离熔合线粗化，但在离熔合线4-5mm处有一晶界较粗处有一晶界较粗的区域，此系焊接热影响区中的的区域，此系焊接热影响区中的敏化区敏化区，是奥氏体晶粒中碳化物向晶界析出的区域。是奥氏体晶粒中碳化物向晶界析出的区域。I love outdoor sports（2）本管道发生在环焊缝法兰侧热影响区）本管道发生在环焊缝法兰侧热影响区的裂纹是敏化区的沿晶应力腐蚀裂纹，该的裂纹是敏化区的沿晶应力腐蚀裂纹，该裂纹起源于内表面的裂纹起源于内表面的晶间腐蚀区晶间腐蚀区。内表面。内表面敏化区局部发生晶间腐蚀之后，在管道应敏化区局部发生晶间腐蚀之后，在管道应力及焊缝残余应力诱导下形成宏观上呈周力及焊缝残余应力诱导下形成宏观上呈周向的沿晶应力腐蚀裂纹，直至穿透管壁而向的沿晶应力腐蚀裂纹，直至穿透管壁而发生泄漏。发生泄漏。I love outdoor sports（3）断口的腐蚀物经扫描电镜中的能谱分）断口的腐蚀物经扫描电镜中的能谱分析证实含析证实含硫化合物硫化合物，且近内壁处含硫量高，且近内壁处含硫量高，近外壁处较低，导致晶间腐蚀和应力腐蚀近外壁处较低，导致晶间腐蚀和应力腐蚀的原因是管内的原因是管内SO2含水，形成亚硫酸的酸性含水，形成亚硫酸的酸性环境，从而引起近焊缝的敏化区晶间腐蚀，环境，从而引起近焊缝的敏化区晶间腐蚀，再继而在亚硫酸和应力诱导下发展成为应再继而在亚硫酸和应力诱导下发展成为应力腐蚀裂纹。力腐蚀裂纹。Thanks!