316L不銹鋼管道晶間腐蝕失效 材料工程張豪120117506 1 失效背景 腈綸廠輸送液態SO2的316L不銹鋼管道在使用中出現泄漏 檢查發現有3處環焊縫發生了裂紋而泄漏 該管道只使用一年 之后一直空置 三年 316L不銹鋼成分 a 檢查發現的裂紋 b 外表面裂紋示意圖 圖1失效的宏觀形貌 裂紋在焊縫法蘭側的熱影響區上 距離熔合線3 5mm 外表面有分叉 沒有點腐蝕 內表面光潔 有腐蝕斑點 個別地方有數毫米長的周向裂紋 無分叉 圖2法蘭內壁腐蝕斑點處縱向剖面的金相 200 2 金相形貌 圖2為裂紋剖面金相照片 未穿透壁厚方向上周向裂紋無明顯分叉 圖2下部為母材奧氏體組織 特點是晶界較細 符合一般單相奧氏體不銹鋼的特點 從圖中可以看出 內表面有多處晶粒分離現象 顯示出明顯的晶間腐蝕特征 但晶間腐蝕深度并不深 大約6 7個晶粒深 說明內壁腐蝕斑點處發生了晶間腐蝕 3 斷口掃描電鏡分析 圖3 a 這部分斷口已經被嚴重腐蝕 但斷口上仍可大約觀察出這些宏觀的放射紋是源于內表面的 圖3 a 掃描電鏡低倍形貌 49 500 圖3 b 近表面處斷口形貌 圖3 b 斷口為巖石狀形貌 有沿晶的二次裂紋 裂紋起源內表面能譜分析顯示含有大量硫 靠近外壁斷口上同樣發現大量硫 分析表明法蘭發生晶間腐蝕進而發生的應力腐蝕與硫有關 4 討論思路 管內介質分析晶間腐蝕和應力腐蝕分析316L鋼的耐應力腐蝕性能應力的聯合作用 1 管內介質分析管內為99 99 SO2 水含量小于0 01 屬于無水純凈液態SO2 這種干燥液態SO2不會產生晶間腐蝕和應力腐蝕開裂 但工廠使用的SO2不一定都是無水的 如果水分超標 或設備放置不用時管內SO2接觸到大氣水分時 均會出現亞硫酸 SO2 H2O H2SO3 2 316L晶間腐蝕和應力腐蝕分析316L為超低碳不銹鋼 具有良好的抗晶間性能 但焊接不當時 熱影響區會出現敏化現象 裂紋在法蘭高頸一側 另一側沒有裂紋 說明高頸部位厚度大 冷卻速度比較慢 產生了敏化 不銹鋼的敏化現象 敏化作用 鋼中的碳 通常含0 08 與鉻結合 在熱處理過程中或在焊接過程中在晶界析出 形成的碳化物使晶界出現貧鉻 并在晶界形成抗腐蝕薄膜同時發生局部的晶界腐蝕 降低了材料的耐應力腐蝕性 接頭敏化作用 C Cr 3 316L鋼的耐應力腐蝕性能316L鋼除對氯離子敏感易產生腐蝕之處 從許多有關腐蝕的著作中均可查到316型的奧氏體不銹鋼對亞硫酸是敏感的 一旦出現亞硫酸 則即會造成晶間腐蝕 在應力作用下晶間腐蝕發展成為應力腐蝕裂紋 典型的晶間腐蝕 4 應力的聯合作用管子出現的裂紋是周向的 說明這不是管子的內壓力引起的周向應力的作用 管道組裝與投用后的彎曲應力和工作時的熱膨脹應力則往往是與管子軸向平行 如果再疊加焊接的殘余應力 沿與焊縫相垂直的方向 則可能導致出現周向的應力腐蝕裂紋 5 結論 對所取樣品經裂紋的宏觀分析 金相分析 斷口的掃描電鏡分析 微區腐蝕物的能譜分析等 得到以下幾點分析結論 1 熱影響區中的近熔合線處的晶粒有些粗化 但在離熔合線4 5mm處有一晶界較粗的區域 此系焊接熱影響區中的敏化區 是奧氏體晶粒中碳化物向晶界析出的區域 2 本管道發生在環焊縫法蘭側熱影響區的裂紋是敏化區的沿晶應力腐蝕裂紋 該裂紋起源于內表面的晶間腐蝕區 內表面敏化區局部發生晶間腐蝕之后 在管道應力及焊縫殘余應力誘導下形成宏觀上呈周向的沿晶應力腐蝕裂紋 直至穿透管壁而發生泄漏 3 斷口的腐蝕物經掃描電鏡中的能譜分析證實含硫化合物 且近內壁處含硫量高 近外壁處較低