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樣品信息:304不鏽鋼管晶間腐蝕裂紋失效分析

失效件為不鏽鋼管,規格φ42X3,材質 0Cr18Ni9(304),樣品執行標準為 GB/T14976-2002。失效件如圖 1 所示,其斷裂位置已在圖中標識,其斷裂位置位於焊縫區域附近,斷裂前無明顯塑性變形, 呈現腐蝕失效特征。

1. 宏觀檢查
對樣品整體及斷口部分進行觀察、拍照:
(1)如圖 2 suoshi,duankoujubuyoushaolianghanfengcanyu,duankoufujinwumingxiansuxingbianxing,bianyuanyouhanjiereyingxiangqubiaomiantezheng,qishixiaoleixingweizaihanjiechudereyingxiangqufashenghuanraoduanlie。duankouchicunyueweigangguanzhouxiang 1/2,斷口被嚴重腐蝕, 從斷口局部可觀察到斷口略呈層狀解離狀態,比較符合晶間腐蝕斷裂特征。
(2)如圖 2~圖 5 所示,鋼管內外表麵均有較多腐蝕產物覆蓋,其管外壁有較多點狀腐蝕坑,在斷裂區域和未斷裂焊縫區域附近均可觀察到細小裂紋。

2. 成分分析:304不鏽鋼管成分分析-GB/T14976-2002
在斷口附近區域取樣,按 GB/T14976-2002 中 0Cr18Ni9(304)材質進行化學成分分析,測試結果見表 1,符合標準要求。表 1 基體成分
樣品編號 | 元素 | 測試結果(%) | 技術要求(%) | 結論 |
1# | C | 0.07 | ≤0.07 | 符合 |
Si | 0.42 | ≤1.00 | 符合 | |
Mn | 0.88 | ≤2.00 | 符合 | |
P | 0.032 | ≤0.035 | 符合 | |
S | <0.001 | ≤0.030 | 符合 | |
Cr | 17.41 | 17.00~19.00 | 符合 | |
Ni | 8.01 | 8.00~11.00 | 符合 |
3. 金相檢驗
測試概述:在斷裂位置取樣做金相分析,經鑲嵌、拋光後置於金相顯微鏡下觀察。
1)如圖 6~圖 8 所(suo)示(shi),樣(yang)品(pin)冶(ye)金(jin)質(zhi)量(liang)尚(shang)可(ke),未(wei)發(fa)現(xian)明(ming)顯(xian)異(yi)常(chang)非(fei)金(jin)屬(shu)夾(jia)雜(za)物(wu),能(neng)發(fa)現(xian)大(da)量(liang)自(zi)鋼(gang)管(guan)外(wai)側(ce)表(biao)麵(mian)向(xiang)鋼(gang)管(guan)內(nei)壁(bi)擴(kuo)展(zhan)的(de)開(kai)口(kou)裂(lie)紋(wen),裂(lie)紋(wen)內(nei)能(neng)發(fa)現(xian)較(jiao)多(duo)灰(hui)色(se)或(huo)黑(hei)色(se)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu)。
2)用 10%草酸電解腐蝕後,如圖 9 所示,靠近斷口表麵顆粒呈脫落狀。如圖 10~圖 12 所示,裂紋擴展方式沿晶界分布。
3)如圖 13~圖 14 所示,表麵形貌呈現鋸齒狀,可觀察到較多微小開口裂紋,局部還有“寬麵淺型”腐蝕坑,可觀察到碳化物沿晶界析出,說明材料的固溶處理效果稍差。


4. 分析與討論
該失效鋼管化學成分符合標準要求,未發現異常非金屬夾雜物。斷口區域裂紋呈沿晶斷裂形態,斷 口邊緣晶粒呈顆粒狀脫落。遠離斷口區域金相組織能發現碳化物沿晶界析出,這是由材料固溶處理效果 不理想導致。
綜上所述:該(gai)失(shi)效(xiao)鋼(gang)管(guan)屬(shu)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)造(zao)成(cheng)的(de)開(kai)裂(lie)。其(qi)主(zhu)要(yao)失(shi)效(xiao)原(yuan)因(yin)為(wei)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)惡(e)劣(lie),材(cai)料(liao)抗(kang)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)下(xia)降(jiang)。由(you)於(yu)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)高(gao)溫(wen)高(gao)濕(shi)有(you)煙(yan)氣(qi),建(jian)議(yi)用(yong)304L或316L等(deng)抗(kang)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)更(geng)強(qiang)的(de)材(cai)料(liao),或(huo)者(zhe)有(you)防(fang)腐(fu)塗(tu)層(ceng)的(de)碳(tan)鋼(gang)。其(qi)次(ci),原(yuan)材(cai)料(liao)固(gu)溶(rong)效(xiao)果(guo)差(cha)也(ye)導(dao)致(zhi)碳(tan)化(hua)物(wu)沿(yan)晶(jing)界(jie)析(xi)出(chu),抗(kang)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)下(xia)降(jiang),從(cong)而(er)使(shi)樣(yang)品(pin)表(biao)麵(mian)形(xing)成(cheng)較(jiao)多(duo)的(de)點(dian)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)坑(keng)。另(ling)外(wai),材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)了(le)焊(han)接(jie)處(chu)理(li),在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong),或(huo)因(yin)冷(leng)卻(que)較(jiao)為(wei)緩(huan)慢(man),或(huo)者(zhe)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)不(bu)當(dang),使(shi)得(de)斷(duan)裂(lie)區(qu)域(yu)可(ke)能(neng)在(zai)敏(min)化(hua)溫(wen)度(du)區(qu)域(yu)(大約 425~815 ℃) 停留時間過長,造成鉻貧化,使得這些區域碳化物沿晶界析出嚴重, 從而對晶間腐蝕更加敏感,故而微小裂紋在焊接熱影響區域分布較多。
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