楊明翰

【摘 要】304不銹鋼在連多硫酸的作用下，發(fā)生沿晶開(kāi)裂，且隨著連多硫酸濃度增加，酸堿性的綜合作用，發(fā)生幾率明顯增加。分析結(jié)果表明，金相圖樣表明在連多硫酸中304不銹鋼的應(yīng)力腐蝕屬于沿晶開(kāi)裂。

【關(guān)鍵詞】304不銹鋼；奧氏體；沿晶開(kāi)裂；連多硫酸

304不銹鋼化學(xué)牌號(hào)為06Cr19Ni10 舊牌號(hào)（0Cr18Ni9） 含鉻19%，含鎳8-10%。

304不銹鋼化學(xué)成份：

304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強(qiáng)。耐高溫方面也比較好，能高到1000～1200度。304不銹鋼具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對(duì)氧化性酸，在實(shí)驗(yàn)中得出：濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力。

某化工廠進(jìn)行某車間定期檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在管線運(yùn)行中存在個(gè)別彎頭向外有“冒汗”現(xiàn)象，但由于量不是很大，在運(yùn)行過(guò)程中又沒(méi)有其他現(xiàn)象就一直在運(yùn)行中。對(duì)此條管線從設(shè)計(jì)上并不存在很大的壓力，過(guò)高或過(guò)低的溫度，從理論上不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，同時(shí)設(shè)備員和工藝的人員提供，這些個(gè)別的管段部位有時(shí)會(huì)有些介質(zhì)少量的滲出，尤其是熱影響區(qū)附近。資料顯示，這條管線的材質(zhì)是304不銹鋼。因?yàn)槌霈F(xiàn)了介質(zhì)外排現(xiàn)象，所以選擇了滲透這種檢測(cè)形式，對(duì)這些存在問(wèn)題的管件進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在母材、熱影響區(qū)、焊道中均出現(xiàn)了裂紋的顯像，由于存在多處，且裂紋的形式各異，故對(duì)此條管線進(jìn)行了整體檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)所有管件均存在裂紋現(xiàn)象，故此采集了部分試樣進(jìn)行硬度檢測(cè)和金相檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)硬度無(wú)明顯變化，但是金相圖譜顯示存在沿晶開(kāi)裂的現(xiàn)象。由此推斷可能是介質(zhì)或是材質(zhì)的問(wèn)題，對(duì)此為了深層是的檢測(cè)，選擇了光譜分析材質(zhì)。光譜結(jié)果顯示所檢材質(zhì)均為304不銹鋼，并無(wú)異議，最后定可能為介質(zhì)問(wèn)題，繼續(xù)分析金相圖樣。

對(duì)擁有裂紋的管件進(jìn)行取樣，經(jīng)金相檢驗(yàn)得出結(jié)果：

1.金相組織和裂紋形貌

開(kāi)裂處取兩件金相試樣：一件試樣觀察面為環(huán)向截面，包含部分管件與接管連接焊縫和數(shù)條縱向裂紋；一件試樣觀察面為縱向截面，包含一條橫向（環(huán)向）裂紋沒(méi)有焊縫。

管件母材金相組織見(jiàn)照片1、2（縱向樣母材金相組織；橫向樣母材與縱向樣金相組織相同），為等軸晶奧氏體，晶粒大小不太均勻（有3級(jí)，也有6～7級(jí)），晶界有鏈狀碳化物析出；母材夾雜物較多，硫化物多呈現(xiàn)橢圓狀。焊縫金相組織見(jiàn)照片3，為奧氏體+δ-鐵素體，δ-鐵素體輕微分解。熔合區(qū)形貌見(jiàn)照片4，過(guò)熱區(qū)金相組織為奧氏體+少量δ-鐵素體。兩件金相試樣所見(jiàn)到的裂紋相貌基本相同，主要為沿晶擴(kuò)展，較細(xì)，有較多分枝，見(jiàn)照片5（縱向樣，為浸蝕）、6、7（縱向樣，已浸蝕）、8（橫向樣，未浸蝕）、9（橫向樣，已浸蝕）。個(gè)別部位可見(jiàn)穿晶裂紋，其尺寸非常小。橫向樣裂紋啟自管件內(nèi)表面，垂直內(nèi)表面向外表面方向擴(kuò)展，擴(kuò)展到焊縫后終止，未進(jìn)入焊縫。

2.討論

（1）管件母材金相組織為單向奧氏體[3]，材質(zhì)應(yīng)為奧氏體不銹鋼；但奧氏體晶界鏈狀碳化物析出明顯，表明材質(zhì)含碳量偏高超過(guò)304不銹鋼正常含量，且熱處理不當(dāng)。奧氏體晶界碳化物呈鏈狀析出不僅對(duì)材料的力學(xué)性能不利，還使材料的抗腐蝕能力大幅度下降，使其易發(fā)生晶間腐蝕和沿晶應(yīng)力腐蝕。焊縫和熱影響區(qū)金相組織應(yīng)屬奧氏體不銹鋼正常金相組織。

（2）管件裂紋是沿晶開(kāi)裂。從管件的工作狀態(tài)看，發(fā)生沿晶開(kāi)裂的性質(zhì)可能有兩種：一是奧氏體不銹鋼由于晶界貧鉻引起的晶間腐蝕；一是由于應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用引起的應(yīng)力腐蝕。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕多發(fā)生于焊縫熱影響區(qū)，平行于焊縫擴(kuò)展。管件母材碳化物沿晶界呈鏈狀析出易發(fā)生晶間腐蝕，但腐蝕裂紋也應(yīng)發(fā)生于熱影響區(qū)或母材接觸到介質(zhì)的各個(gè)部位，不應(yīng)僅限近縫區(qū)。從裂紋發(fā)生于近縫區(qū)（焊接殘余應(yīng)力較大部位），有較多分枝看，裂紋性質(zhì)應(yīng)屬應(yīng)力腐蝕。

（3）產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的應(yīng)力應(yīng)來(lái)自焊接殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力。腐蝕介質(zhì)應(yīng)來(lái)自管件內(nèi)的介質(zhì)。引起奧氏體不銹鋼發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕常見(jiàn)介質(zhì)有連多硫酸、堿等。試樣發(fā)生的沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋可能與介質(zhì)中的硫有關(guān)。試樣奧氏體不銹鋼母材晶界有鏈狀碳化物析出，晶界嚴(yán)重弱化，也有發(fā)生氯離子引起的沿晶腐蝕的可能[4]。

3.結(jié)論

試樣裂紋性質(zhì)應(yīng)為應(yīng)力腐蝕裂紋。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的應(yīng)力來(lái)自焊接殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力；腐蝕介質(zhì)來(lái)自管件內(nèi)部的工作介質(zhì)，最大可能是硫化物（連多硫酸）。

從以上分析可以得知，真正致使化工廠304不銹鋼劣化的原因?yàn)榱蚧?，加之焊道的?yīng)力沒(méi)有很好的消除，才會(huì)產(chǎn)生大量裂紋的出現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]安繼儒，李新德.新編金屬材料速查手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]李維鉞，李軍.中外金屬材料牌號(hào)和化學(xué)成分對(duì)照手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]李炯輝，林德成.金屬材料金相圖譜.機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]馬李洋，丁毅，陸曉峰，馬立群.304不銹鋼在連多硫酸中應(yīng)力腐蝕研究.