雙相不銹鋼反法蘭焊縫應(yīng)力腐蝕分析

徐井偉　李文偉　王麗思

摘? 要： 雙相不銹鋼在核電領(lǐng)域上主要用于送海水的泵、法蘭、閥門、管道等構(gòu)件上。隨之而來的是雙相不銹鋼在應(yīng)用過程中會出現(xiàn)各種工程問 題。應(yīng)力腐蝕問題尤其突出，為了更好的推進(jìn)核電工程質(zhì)量，了解和分析雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕機(jī)理尤其重要。從工程運(yùn)用角度來講在出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕 后，應(yīng)從宏觀分析、斷口形態(tài)及能普分析、金相組織分析、化學(xué)成分分析、材料性能分析等方面進(jìn)行深入分析應(yīng)力腐蝕后材料形態(tài)。對應(yīng)力腐蝕機(jī)理進(jìn)

一步分析來了解對S32750雙相不銹鋼的主要腐蝕形式及腐蝕分布情況。 關(guān)鍵詞： 應(yīng)力腐蝕;腐蝕機(jī)理田灣核電工程3 、4號機(jī)組采用的堆型，為單機(jī)容量106萬千瓦的俄羅 斯VVER-1000 型壓水堆核電機(jī)組，設(shè)計壽命40年，其設(shè)計思路與歐洲壓水 堆核電機(jī)型EPR相似，采用的工程措施也十分相似。

1 應(yīng)力腐蝕概況

調(diào)試部門進(jìn)行起泵試驗時，發(fā)生泵出口反法蘭側(cè)焊縫邊緣母材開裂， 拆除泵與法蘭連接短管，發(fā)現(xiàn)法蘭側(cè)不但存在母材裂紋并且存在局部點腐 蝕現(xiàn)象。法蘭的頸部先延伸焊接一個等厚鋼板后，再在外側(cè)焊接一個加強(qiáng) 鋼板。法蘭斜頸與等厚鋼板的焊接過渡處發(fā)生數(shù)段環(huán)向開裂，各裂紋均在 斜頸一側(cè)的母材，平行于焊縫，距離焊縫約3-5mm?，F(xiàn)場打開法蘭除去銹 蝕后，在30PEB30AP002泵反法蘭側(cè)共發(fā)現(xiàn)12處銹蝕坑和一處裂紋缺陷，先 對法蘭內(nèi)部的12處腐蝕坑進(jìn)行了編號，并已法蘭底部的腐蝕坑為起始端， 逆時針進(jìn)行測量距離，描述缺陷的大小及深度詳見圖1和圖2。

2 裂紋形貌分析

2.1? 宏觀分析

截取裂紋試樣后，裂紋附近的法蘭頸部內(nèi)表面腐蝕嚴(yán)重，多處出現(xiàn)腐 蝕凹坑，較大腐蝕坑可達(dá)3mm ;外表面可見加工痕和劃痕，未見明顯腐 蝕。啟開裂紋后觀察斷口，斷口腐蝕嚴(yán)重，呈黃褐色和黑褐色;由斷口形 貌來推斷，裂紋起源于內(nèi)表面，沿圖中白色箭頭所指方向由內(nèi)向外擴(kuò)展， 如圖3所示。

2.2? 斷口形態(tài)及能譜成分分析

在掃描電鏡下觀察清洗后的斷口微觀形態(tài)。斷口腐蝕嚴(yán)重，腐蝕深 度已超過壁厚的1/2，中部擴(kuò)展區(qū)域主要為應(yīng)力作用下的穿晶解理斷裂形 態(tài)，外表面終斷區(qū)為韌窩斷口。利用EDX半定量能譜分析得出，腐蝕產(chǎn)物的主要成分為鐵的氧化物，同時還分析出有較高含量的S和Cl元素。

3 材料性能分析

3.1? 金相組織分析

在垂直于裂紋的縱截面上取金相試樣，從金相結(jié)果分析得出內(nèi)表面 腐蝕嚴(yán)重，? 腐蝕坑深度約1mm。裂紋主要沿鐵素體擴(kuò)展，附近組織與基 體組織基本一致，均為奧氏體+鐵素體。裂紋側(cè)母材組織基本呈等軸狀 （其中鐵素體含量約55% ），另一側(cè)為形變條狀組織（其 中鐵素體含量約 59% ），且裂紋側(cè)組織相對粗大。

3.2? 化學(xué)成分分析

在反法蘭焊縫試樣母材區(qū)和焊縫區(qū)取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表 1。試樣母材和焊縫的化學(xué)成分均在S32750材料的規(guī)定要求范圍內(nèi)，排除 微量元素在焊接過程中損失導(dǎo)致焊縫應(yīng)力腐蝕性能失效。

3.3? 材料力學(xué)性能分析

從反法蘭母材區(qū)取Φ5mm拉伸試樣，進(jìn)行常溫拉伸試驗，具體結(jié)果見 表2。試樣的拉伸性能滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM A240/A240M-2015要求。從反法蘭母 材區(qū)取55 ×10 ×10mm沖擊試樣，進(jìn)行常溫沖擊試驗，具體結(jié)果見表3，試 樣沖擊韌性低。

根據(jù)宏觀形貌觀察、微觀形貌觀察、能譜分析、沖擊試驗、拉伸試 驗、金相組織實驗數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)力腐蝕機(jī)理，得出結(jié)論如下：（ 1 ）反法蘭腐 蝕開裂均處于環(huán)焊縫熱影響區(qū)附近;（ 2 ）反法蘭斜頸母材化學(xué)成分和拉伸 性能滿足S32750材料的規(guī)定要求，但是沖擊性能偏低;（ 3 ）反法蘭在頸部 焊接區(qū)附近的斜頸過渡處發(fā)生開裂，裂紋形成位置是應(yīng)力集中區(qū)。裂紋起始 于法蘭頸部內(nèi)表面，裂紋附近同時存在許多腐蝕坑和多條應(yīng)力腐蝕裂紋; （4 ）S32750材質(zhì)焊接性能良好，但街頭熱影響區(qū)是焊接最薄弱的地方，由 于熱影響區(qū)鐵素體增多，增大了熱影響區(qū)的脆性和晶粒長大傾向，從而增大 了腐蝕傾向，熱影響區(qū)在氯離子富基處很容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象;

參考文獻(xiàn)：

[1]漆俊俊，雙相不銹鋼塑性變形及熱處理的研究，碩士學(xué)位論文，江蘇科技大 學(xué)，2011.

[2]張慶芳，等.鐵碳體系析氫與吸氧反應(yīng)過程凈化廢水機(jī)理的研究，甘肅工業(yè) 大學(xué)學(xué)報，2013年，2期，68-70.

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