(2.95)--材料金属构件失效分析.ppt

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1、316L不锈钢管道不锈钢管道晶间腐蚀失效晶间腐蚀失效1.失效背景腈纶厂输送液态SO2的316L不锈钢管道在使用中出现泄漏，检查发现有3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）。316L不锈钢成分 元素元素 百分比百分比CCrNiMoSiP0.0316-1810-142-30.750.04CSi MnPSNiCrMo 0.03 0.75 2.0 0.04 0.0310-14.016-18.0 2-3.0CSi MnPSNiCrMo 0.03 0.75 2.0 0.04 0.0310-14.016-18.0 2-3.0（a）检查发现的裂纹（b）外表面裂纹示意图）外表面裂纹示

2、意图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，有腐蚀斑点，个别地方有数毫米长的周向裂纹，无分叉。2.失效的宏观形貌图2法兰内壁腐蚀斑点处纵向剖面的金相2002.金相形貌图2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。图2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。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。但晶间腐蚀深度并不深，大约6-7个晶粒深，说明内壁腐蚀斑点处发生了晶间腐蚀。3.断口扫描电镜分析图3（a），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

3、面的。图3（a）扫描电镜低倍形貌49500 图3(b)近表面处断口形貌图3（b），断口为岩石状形貌，有沿晶的二次裂纹。裂纹起源内表面能谱分析显示含有大量硫，靠近外壁断口上同样发现大量硫。分析表明法兰发生晶间腐蚀进而发生的应力腐蚀与硫有关。4.讨论思路管内介质分析晶间腐蚀和应力腐蚀分析316L钢的耐应力腐蚀性能应力的联合作用（1）管内介质分析管内为99.99%SO2，水含量小于0.01%，属于无水纯净液态SO2，这种干燥液态SO2不会产生晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。但工厂使用的SO2不一定都是无水的，如果水分超标，或设备放置不用时管内SO2接触到大气水分时，均会出现亚硫酸。SO2+H2O=H2SO3

4、（2）316L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，另一侧没有裂纹，说明高颈部位厚度大，冷却速度比较慢，产生了敏化。不锈钢的敏化现象敏化作用：钢中的碳(通常含0.08)与铬结合，在热处理过程中或在焊接过程中在晶界析出。形成的碳化物使晶界出现贫铬，并在晶界形成抗腐蚀薄膜同时发生局部的晶界腐蚀，降低了材料的耐应力腐蚀性。接头敏化作用（3）316L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，从许多有关腐蚀的著作中均可查到316型的奥氏体不锈钢对亚硫酸是敏感的，一旦出现亚硫酸，则即会造成晶间腐蚀，在应

5、力作用下晶间腐蚀发展成为应力腐蚀裂纹。典型的晶间腐蚀典型的晶间腐蚀（4）应力的联合作用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裂纹。5.结论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、微区腐蚀物的能谱分析等，得到以下几点分析结论：的能谱分析等，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粗化，但在离熔合线）热影响区中的近熔合

6、线处的晶粒有些粗化，但在离熔合线4-5mm处有一处有一晶界较粗的区域，此系焊接热影响区中的晶界较粗的区域，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，是奥氏体晶粒中碳化物向晶界析出的区域。界析出的区域。（2）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）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，该裂纹起源于内表面的纹，该裂纹起源于内表面的晶间腐蚀区晶间腐蚀区。内表面敏化区局部发生晶间腐蚀之后，。内表面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向的沿晶应力腐蚀裂纹，直在管道应力及焊缝残余应力诱导下形成宏观上呈

7、周向的沿晶应力腐蚀裂纹，直至穿透管壁而发生泄漏至穿透管壁而发生泄漏（3）断口的腐蚀物经扫描电镜中的能谱分析证实含）断口的腐蚀物经扫描电镜中的能谱分析证实含硫化合物硫化合物，且近内壁处含，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的原因是管内硫量高，近外壁处较低，导致晶间腐蚀和应力腐蚀的原因是管内SO2含水，形含水，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，再继而在亚硫酸和成亚硫酸的酸性环境，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力腐蚀裂纹。应力诱导下发展成为应力腐蚀裂纹。6.建议（1）奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒细化：焊接成型后将管道进行正火或退火，控制奥氏体晶粒：焊接成型后将管道进行正火或退火，控制奥氏体晶粒大小，减少碳化物在晶界的析出；大小，减少碳化物在晶界的析出；（2）减少残余应力减少残余应力：管道成型及焊接成型之后采取一定消应力措施，以降低：管道成型及焊接成型之后采取一定消应力措施，以降低残余应力，防止微裂纹萌生与扩展；残余应力，防止微裂纹萌生与扩展；（3）SO2干燥预处理干燥预处理：在通入：在通入SO2之前进行严格的干燥处理，降低管道中之前进行严格的干燥处理，降低管道中SO2气体的含水量，防止焊缝的敏化区晶间腐蚀；气体的含水量，防止焊缝的敏化区晶间腐蚀；Theend!Thanksforwatching!