不锈钢管道晶间腐蚀失效案例

（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。