李豐梅，邱守光

（1.通標標準技術服務有限公司南京分公司， 江蘇 南京 210014）

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1 概述

氫化爐管件表面形成了非正常片層，片層厚度達到3-5mm，部分槽鋼銷子腐蝕掉落，初步懷疑內件在氫化爐內發(fā)生了嚴重腐蝕。

氯化氫反應器使用工況：

工作溫度：5 5 0-5 6 0 ℃；工作壓力：1.95MPa；工作組分：工作硅粉、四氯化硅、氫氣、三氯化氫硅、二氯二氫硅、氯化氫、金屬氯化物。

2 成分分析

將樣品進行破碎，對母材進行拋光處理，通過直讀光譜儀對樣品進行成分測試，測試結果如表1，顯示成分符合標準要求。

圖1 母材光譜樣品

表1 母材光譜分析結果

3 宏觀觀察

母材腐蝕產物出現不同程度的疏松層厚度，經測量腐蝕外層約2.92mm，內層約2.7mm，腐蝕后母材壁厚約為2.1mm，樣品表面腐蝕物出現嚴重的脫皮、掉渣（圖2），樣品也出現了嚴重的分層現象（圖3）。

圖2 管件縱面

圖3 管件橫截面

4 金相及掃描電鏡分析

對母材橫截面進行金相分析，基體組織為鐵素體，在鐵素體晶界上出現了晶界偏聚，金相組織如圖4、圖6、圖8，通過掃描電鏡觀察發(fā)現，在靠近母材內外壁均出現不同程度的晶界裂紋、晶界孔洞，如圖5、圖7、圖9。

圖4 內側金相 200×

圖5 內側SEM 1000×

圖6 外側金相 200×

圖7 外側SEM 1000×

圖8 中間金相 200×

圖9 中間SEM 1000×

對晶界處進行能譜分析，能譜成分結果如圖10、圖11。

圖10 正常晶界處能譜成分結果圖

圖11 晶界偏聚處能譜成分結果圖

通過能譜分析結果可以發(fā)現晶界偏聚處的Cr含量比正常組織處的含量高，該元素能夠促進雜質元素在晶界處的偏聚。

5 掃描電鏡腐蝕產物分析

5.1 對氫化爐內件取長×寬為10×10mm的樣品，腐蝕產物外表面、中間、內表面形貌如圖12、圖13、圖14。

圖12 外表面腐蝕產物形貌

圖13 中間腐蝕產物形貌

圖14 母材內表面腐蝕產物形貌

5.2 對腐蝕產物進行能譜分析

5.2.1 外層腐蝕產物能譜分析

對外層腐蝕產物進行能譜分析，結果如圖15，除Fe基體外，Cl、Cr元素含量相對偏高。

圖15 外層腐蝕產物能譜分析結果

5.2.2 中間腐蝕產物能譜分析

對中間腐蝕產物進行能譜分析，結果如圖16，除Fe基體外，Cl、Cr元素含量相對偏高。

圖16 中間腐蝕產物能譜分析結果

5.2.3 內表面腐蝕產物能譜分析

對內表面腐蝕產物進行能譜分析，結果如圖17，除Fe基體外，Si、P元素含量相對偏高

圖17 內表面腐蝕產物能譜分析結果

6 分析與討論

(1)從母材光譜分析結果看，母材成分符合材料要求。

(2)宏觀金相可以看出樣品腐蝕產物存在脫皮、掉渣、嚴重分層現象，說明管子內外表面長期在高溫下接觸介質，高溫脫碳氫化造成組織疏松，腐蝕嚴重。

(3)通過母材金相組織和掃描電鏡分析，可以明顯看到，基體組織為鐵素體，基體組織在晶界處出現晶界偏聚、晶界孔洞。管子在450-650℃區(qū)間長時間停留，會引起材料的回火脆性，此類斷口呈晶間斷裂形貌。

(4)通過對腐蝕產物進行能譜分析可以看出，除Fe基體外，Cl、Cr元素含量相對偏高，內表面Si、P元素含量相對偏高。工作介質在高溫情況下會對母材造成腐蝕，尤其硅粉中的P元素在這種高溫條件下容易向晶界處偏聚，會削弱晶粒之間的結合強度，進一步增加回火脆性。鋼中的Cr元素也會促進雜質元素在晶界的偏聚。

(5)高溫條件下，管材在富含氫的腐蝕介質中長期運行，金相組織母材中出現的晶界孔洞也是氫致腐蝕的原因之一。同時氫的存在也會進一步加劇回火脆性。

7 結論

(1)管子長期在550-560℃高溫下工作，在腐蝕介質的長期作用下（主要是氫化物以及硅粉中的P元素），引起材料的嚴重腐蝕以及回火脆性，母材組織出現晶界孔洞、晶界偏聚現象，由晶界處產生裂紋，使材料性能產生失效。

(2)內外表面長期在高溫下接觸介質，高溫脫碳氫化造成組織疏松，腐蝕嚴重。

◆參考文獻

[1] GB/T 4336-2016，碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）[S].

[2] GB/713-2014，鍋爐和壓力容器用鋼板[S].

[3] GB/T 13299-1991，鋼的顯微組織評定方法[S].