摘要:本文介紹了奧氏體不銹鋼反應(yīng)釜應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕的案列,討論了奧氏體不銹鋼焊接條件下時(shí)間、溫度、冷卻速度和焊接等工藝條件對(duì)應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕的影響,通過(guò)運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)、金相檢查、、斷口SEM分析等方法對(duì)裂紋的性質(zhì)和起因進(jìn)行了分析,探討了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及晶間腐蝕的形成機(jī)理,表明不銹鋼反應(yīng)釜的裂紋是由應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及晶間腐蝕的形成
一、反應(yīng)釜檢驗(yàn)情況
不銹鋼反應(yīng)釜,制造日期2001.6,工作壓力:1.7MPa,工作溫度203℃,介質(zhì):NaOH,二乙醇胺;內(nèi)徑1700mm,長(zhǎng)3300mm,壁厚16.0mm;材質(zhì)1Cr18Ni9Ti,對(duì)其進(jìn)行全面檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜下部筒體外側(cè)環(huán)焊縫裂紋開(kāi)裂及內(nèi)側(cè)連接的加強(qiáng)板與筒節(jié)角焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了多處表面裂紋。為了查明反應(yīng)釜裂紋的性質(zhì)、特征和產(chǎn)生原因,進(jìn)行了如下檢驗(yàn)、試驗(yàn)分析。
1.厚度測(cè)定
對(duì)反應(yīng)釜環(huán)焊縫有裂紋區(qū)域,及筒體內(nèi)介質(zhì)攪拌層沖刷嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行厚度測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。厚度測(cè)定結(jié)果顯示筒體內(nèi)介質(zhì)攪拌層沖刷嚴(yán)重區(qū)域有明顯減薄現(xiàn)象。筒體上厚度測(cè)定值(1#-5#為介質(zhì)攪拌層沖刷嚴(yán)重區(qū)域測(cè)厚值,較薄處1#-12.4mm,6#-12#為非攪拌層沖刷焊縫有裂紋區(qū)域,較薄處10#-12.4mm,原設(shè)計(jì)為16.0mm,),經(jīng)強(qiáng)度校核檢驗(yàn)周期1年內(nèi)厚度滿足要求,詳細(xì)計(jì)算強(qiáng)度校核本文不予討論。
裂紋部位電鏡照片對(duì)的裂紋進(jìn)行微觀形貌分析,斷面金相檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)晶界或其毗鄰區(qū)域發(fā)生局部腐蝕,甚至晶粒脫落,腐蝕沿晶界推進(jìn)較為均勻,沿晶界產(chǎn)生的腐蝕即為晶間腐蝕。該縱焊縫與環(huán)焊縫交界處在焊接過(guò)程由于受某些因素影響,焊后在焊縫中殘留一些焊接冶金反應(yīng)的非金屬夾雜物。破壞了焊縫的連續(xù)性,每條細(xì)小的夾雜物都可看成是一條潛在的小裂紋。
在T形焊接接頭因反應(yīng)釜使用反應(yīng)過(guò)程中NaOH熱循環(huán)作用,承受的由溫差形成的熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力及焊接殘余應(yīng)力,并且集中在焊縫中的夾雜物以及內(nèi)管壁環(huán)縫與縱縫連接處縱縫熱影響區(qū)的小坑缺陷周?chē)ㄟ@可能是鋼管表面存在的一些缺陷,如折疊等),這些應(yīng)力在夾雜物的首末端作用更加明顯,由夾雜物誘發(fā)“水平”微裂紋擴(kuò)展,當(dāng)一定壓力時(shí),便在主應(yīng)力方向上發(fā)生剪切而將許多不同深度的“水平”微裂紋連貫起來(lái),構(gòu)成階梯狀裂紋,主裂紋有主動(dòng)的方向性,發(fā)源于焊縫和其熱影響區(qū),擴(kuò)展方向沿晶界和穿晶界的,結(jié)合金相及斷口形貌電子掃描分析結(jié)果,可以得出該T形焊接裂紋屬層狀撕裂,具有冷裂紋的性質(zhì),與焊接結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。說(shuō)明沿晶界的裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋,穿晶界的裂紋由于晶內(nèi)強(qiáng)度大于晶界強(qiáng)度,同時(shí)由于焊接熱裂紋原因造成穿晶,此時(shí)亞晶界、晶界、硬質(zhì)點(diǎn)或其他組織和性能的不均勻時(shí),也會(huì)改變裂紋擴(kuò)展方向。裂紋處及附近的晶粒度有顯著粗大、有變形、不均勻、裂紋與晶粒變形方向垂直,裂紋處及附近有存在暗褐色碳化物,裂紋兩側(cè)有氧化產(chǎn)物和脫碳現(xiàn)象,裂紋處及附近表面有加工硬化和回火層。裂紋延伸發(fā)展的宏觀形貌呈階梯狀撕裂特征,并且在主斷口下存在延伸裂紋、二次裂紋,而在延伸到母材基體的裂紋尖端則呈沿晶、穿晶形態(tài)。這是層狀撕裂在熱影響區(qū)或近熱影響區(qū)的母材內(nèi)裂紋出現(xiàn)穿晶發(fā)展的特征表現(xiàn)。在焊縫內(nèi)還可見(jiàn)一些長(zhǎng)條狀塑性非金屬夾雜物。
二、反應(yīng)釜焊縫裂紋形成晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕機(jī)理的討論
晶問(wèn)腐蝕(IGC)由于焊接產(chǎn)生的熱量使焊縫處于敏化溫度區(qū),表面結(jié)構(gòu)不均勻,在晶界上容易析出Cr的碳化物及鐵素體、形成高度局部腐蝕,發(fā)生在晶界及其附近處,晶粒分離發(fā)生合金裂變,造成晶粒脫落,沿著材料的晶粒的邊界受到晶問(wèn)腐蝕。在金屬材料晶界部位的腐蝕。腐蝕沿晶間進(jìn)行,使晶粒之間的結(jié)合力大大削弱,機(jī)械強(qiáng)度急劇降低。腐蝕的機(jī)理還有“晶界吸附理論”、“亞穩(wěn)沉淀相理論”等.
應(yīng)力腐蝕(SCC)是指金屬在某種特定環(huán)境與相應(yīng)水平應(yīng)力的共同作用寸,在靜拉伸應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象。在靜拉伸應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象。主要是晶間,脆斷。也有穿晶。腐蝕介質(zhì)氫氧化物在由于加工、焊接、安裝不當(dāng)引起的相應(yīng)水平應(yīng)力會(huì)引起應(yīng)力腐蝕。本案中苛性堿NaOH中發(fā)生應(yīng)力腐蝕的與堿的濃度、溫度、構(gòu)件的殘余應(yīng)力等有關(guān)。在溫度達(dá)180℃的強(qiáng)堿性溶液中,不銹鋼遭受堿裂的危險(xiǎn)性是必然的;材料中的應(yīng)力越大,堿裂的危險(xiǎn)性越大。由此可以認(rèn)為該反應(yīng)釜裂紋為典型NaOH應(yīng)力腐蝕裂紋機(jī)理。