反應釜應力腐蝕和晶間腐蝕裂紋檢驗分析

黃儉(嘉興市特種設備檢測院 314001)

毛藝偉(江蘇揚陽化工設備制造有限公司 214500)

一、反應釜檢驗情況

不銹鋼反應釜，制造日期2001.6，工作壓力：1.7MPa，工作溫度203℃，介質：NaOH,二乙醇胺；內徑1700mm，長3300mm，壁厚16.0mm；材質1Cr18Ni9Ti，對其進行全面檢驗，發現反應釜下部筒體外側環焊縫裂紋開裂及內側連接的加強板與筒節角焊縫進行滲透檢測時發現了多處表面裂紋。為了查明反應釜裂紋的性質、特征和產生原因，進行了如下檢驗、試驗分析。

1.厚度測定

對反應釜環焊縫有裂紋區域，及筒體內介質攪拌層沖刷嚴重區域進行厚度測定，測定結果見表1。厚度測定結果顯示筒體內介質攪拌層沖刷嚴重區域有明顯減薄現象。筒體上厚度測定值（1#-5#為介質攪拌層沖刷嚴重區域測厚值，最薄處1#-12.4mm,6#-12#為非攪拌層沖刷焊縫有裂紋區域,最薄處10#-12.4mm,原設計為16.0mm,），經強度校核檢驗周期1年內厚度滿足要求，詳細計算強度校核本文不予討論。

編號 筒體1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16.0 12.4 12.5 12.4 12.5 12.5 15.8 15.9 15.8 15.9 15.7 15.7

2.掃描電鏡觀察得到的裂紋斷口及金相檢驗和分析

裂紋部位電鏡照片對的裂紋進行微觀形貌分析，斷面金相檢查時發現晶界或其毗鄰區域發生局部腐蝕，甚至晶粒脫落，腐蝕沿晶界推進較為均勻，沿晶界產生的腐蝕即為晶間腐蝕。該縱焊縫與環焊縫交界處在焊接過程由于受某些因素影響，焊后在焊縫中殘留一些焊接冶金反應的非金屬夾雜物。破壞了焊縫的連續性，每條細小的夾雜物都可看成是一條潛在的小裂紋。

在T形焊接接頭因反應釜使用反應過程中NaOH熱循環作用，承受的由溫差形成的熱應力和結構拘束應力及焊接殘余應力，并且集中在焊縫中的夾雜物以及內管壁環縫與縱縫連接處縱縫熱影響區的小坑缺陷周圍（這可能是鋼管表面存在的一些缺陷，如折疊等），這些應力在夾雜物的首末端作用更加明顯，由夾雜物誘發“水平”微裂紋擴展，當一定壓力時，便在主應力方向上發生剪切而將許多不同深度的“水平”微裂紋連貫起來，構成階梯狀裂紋，主裂紋有主動的方向性，發源于焊縫和其熱影響區，擴展方向沿晶界和穿晶界的，結合金相及斷口形貌電子掃描分析結果，可以得出該T形焊接裂紋屬層狀撕裂，具有冷裂紋的性質，與焊接結構形式密切相關。說明沿晶界的裂紋為應力腐蝕裂紋，穿晶界的裂紋由于晶內強度大于晶界強度，同時由于焊接熱裂紋原因造成穿晶，此時亞晶界、晶界、硬質點或其他組織和性能的不均勻時，也會改變裂紋擴展方向。裂紋處及附近的晶粒度有顯著粗大、有變形、不均勻、裂紋與晶粒變形方向垂直，裂紋處及附近有存在暗褐色碳化物，裂紋兩側有氧化產物和脫碳現象，裂紋處及附近表面有加工硬化和回火層。裂紋延伸發展的宏觀形貌呈階梯狀撕裂特征，并且在主斷口下存在延伸裂紋、二次裂紋，而在延伸到母材基體的裂紋尖端則呈沿晶、穿晶形態。這是層狀撕裂在熱影響區或近熱影響區的母材內裂紋出現穿晶發展的特征表現。在焊縫內還可見一些長條狀塑性非金屬夾雜物。

二、反應釜焊縫裂紋形成晶間腐蝕和應力腐蝕機理的討論

晶問腐蝕(IGC)由于焊接產生的熱量使焊縫處于敏化溫度區,表面結構不均勻，在晶界上容易析出Cr的碳化物及鐵素體、形成高度局部腐蝕,發生在晶界及其附近處，晶粒分離發生合金裂變，造成晶粒脫落，沿著材料的晶粒的邊界受到晶問腐蝕。在金屬材料晶界部位的腐蝕。腐蝕沿晶間進行，使晶粒之間的結合力大大削弱，機械強度急劇降低。腐蝕的機理還有“晶界吸附理論”、“亞穩沉淀相理論”等.

應力腐蝕(SCC)是指金屬在某種特定環境與相應水平應力的共同作用寸,在靜拉伸應力與腐蝕介質作用下發生的破壞現象。在靜拉伸應力與腐蝕介質作用下發生的破壞現象。主要是晶間，脆斷。也有穿晶。腐蝕介質氫氧化物在由于加工、焊接、安裝不當引起的相應水平應力會引起應力腐蝕。本案中苛性堿NaOH中發生應力腐蝕的與堿的濃度、溫度、構件的殘余應力等有關。在溫度達180℃的強堿性溶液中，不銹鋼遭受堿裂的危險性是必然的；材料中的應力越大，堿裂的危險性越大。由此可以認為該反應釜裂紋為典型NaOH應力腐蝕裂紋機理。

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