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不锈钢反应釜应力腐蚀和晶间腐蚀裂纹检验分析

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摘要:本文介绍了奥氏体不锈钢反应釜应力腐蚀和晶间腐蚀的案列,讨论了奥氏体不锈钢焊接条件下时间、温度、冷却速度和焊接等工艺条件对应力腐蚀和晶间腐蚀的影响,通过运用无损检测、金相检查、、断口SEM分析等方法对裂纹的性质和起因进行了分析,探讨了应力腐蚀开裂及晶间腐蚀的形成机理,表明不锈钢反应釜的裂纹是由应力腐蚀开裂及晶间腐蚀的形成

一、反应釜检验情况

不锈钢反应釜,制造日期2001.6,工作压力:1.7MPa,工作温度203℃,介质:NaOH,二乙醇胺;内径1700mm,长3300mm,壁厚16.0mm;材质1Cr18Ni9Ti,对其进行全面检验,发现反应釜下部筒体外侧环焊缝裂纹开裂及内侧连接的加强板与筒节角焊缝进行渗透检测时发现了多处表面裂纹。为了查明反应釜裂纹的性质、特征和产生原因,进行了如下检验、试验分析。

1.厚度测定

对反应釜环焊缝有裂纹区域,及筒体内介质搅拌层冲刷严重区域进行厚度测定,测定结果见表1。厚度测定结果显示筒体内介质搅拌层冲刷严重区域有明显减薄现象。筒体上厚度测定值(1#-5#为介质搅拌层冲刷严重区域测厚值,最薄处1#-12.4mm,6#-12#为非搅拌层冲刷焊缝有裂纹区域,最薄处10#-12.4mm,原设计为16.0mm,),经强度校核检验周期1年内厚度满足要求,详细计算强度校核本文不予讨论。

裂纹部位电镜照片对的裂纹进行微观形貌分析,断面金相检查时发现晶界或其毗邻区域发生局部腐蚀,甚至晶粒脱落,腐蚀沿晶界推进较为均匀,沿晶界产生的腐蚀即为晶间腐蚀。该纵焊缝与环焊缝交界处在焊接过程由于受某些因素影响,焊后在焊缝中残留一些焊接冶金反应的非金属夹杂物。破坏了焊缝的连续性,每条细小的夹杂物都可看成是一条潜在的小裂纹。

在T形焊接接头因反应釜使用反应过程中NaOH热循环作用,承受的由温差形成的热应力和结构拘束应力及焊接残余应力,并且集中在焊缝中的夹杂物以及内管壁环缝与纵缝连接处纵缝热影响区的小坑缺陷周围(这可能是钢管表面存在的一些缺陷,如折叠等),这些应力在夹杂物的首末端作用更加明显,由夹杂物诱发“水平”微裂纹扩展,当一定压力时,便在主应力方向上发生剪切而将许多不同深度的“水平”微裂纹连贯起来,构成阶梯状裂纹,主裂纹有主动的方向性,发源于焊缝和其热影响区,扩展方向沿晶界和穿晶界的,结合金相及断口形貌电子扫描分析结果,可以得出该T形焊接裂纹属层状撕裂,具有冷裂纹的性质,与焊接结构形式密切相关。说明沿晶界的裂纹为应力腐蚀裂纹,穿晶界的裂纹由于晶内强度大于晶界强度,同时由于焊接热裂纹原因造成穿晶,此时亚晶界、晶界、硬质点或其他组织和性能的不均匀时,也会改变裂纹扩展方向。裂纹处及附近的晶粒度有显著粗大、有变形、不均匀、裂纹与晶粒变形方向垂直,裂纹处及附近有存在暗褐色碳化物,裂纹两侧有氧化产物和脱碳现象,裂纹处及附近表面有加工硬化和回火层。裂纹延伸发展的宏观形貌呈阶梯状撕裂特征,并且在主断口下存在延伸裂纹、二次裂纹,而在延伸到母材基体的裂纹尖端则呈沿晶、穿晶形态。这是层状撕裂在热影响区或近热影响区的母材内裂纹出现穿晶发展的特征表现。在焊缝内还可见一些长条状塑性非金属夹杂物。

二、反应釜焊缝裂纹形成晶间腐蚀和应力腐蚀机理的讨论

晶问腐蚀(IGC)由于焊接产生的热量使焊缝处于敏化温度区,表面结构不均匀,在晶界上容易析出Cr的碳化物及铁素体、形成高度局部腐蚀,发生在晶界及其附近处,晶粒分离发生合金裂变,造成晶粒脱落,沿着材料的晶粒的边界受到晶问腐蚀。在金属材料晶界部位的腐蚀。腐蚀沿晶间进行,使晶粒之间的结合力大大削弱,机械强度急剧降低。腐蚀的机理还有“晶界吸附理论”、“亚稳沉淀相理论”等.

应力腐蚀(SCC)是指金属在某种特定环境与相应水平应力的共同作用寸,在静拉伸应力与腐蚀介质作用下发生的破坏现象。在静拉伸应力与腐蚀介质作用下发生的破坏现象。主要是晶间,脆断。也有穿晶。腐蚀介质氢氧化物在由于加工、焊接、安装不当引起的相应水平应力会引起应力腐蚀。本案中苛性碱NaOH中发生应力腐蚀的与碱的浓度、温度、构件的残余应力等有关。在温度达180℃的强碱性溶液中,不锈钢遭受碱裂的危险性是必然的;材料中的应力越大,碱裂的危险性越大。由此可以认为该反应釜裂纹为典型NaOH应力腐蚀裂纹机理。