不锈钢管道晶间腐蚀失效案例
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(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纹,该 裂纹起源于内表面的晶间腐蚀区。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 析证实含硫化合物,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SO2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, 再继而在亚硫酸和应力诱导下发展成为应 力腐蚀裂纹。
316L不锈钢管道 晶间腐蚀失效
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)。
1.失效背景
316L不锈钢成分
元素
C
百分比
Cr
Ni
Mo
Si
P
≤0.03
16-18
10-14
2-3
≤0.75
≤0.04
图1 失效的宏观形貌
图3 (b) 近表面处断口形貌
4.讨论思路
① ②
③
④
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。
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 面的。
图3(a) 扫描电镜 低倍形貌
49×
500 ×
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。
(a)检查发现的裂纹
(b)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 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,向剖面的金相
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。
The end!
接头敏化作用
C+Cr
(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
(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4-5mm处有一晶界较 粗的区域,此系焊接热影响区中的敏化区, 是奥氏体晶粒中碳化物向晶界析出的区域。
SO2+H2O=H2SO3
(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。