陽床樹脂再生罐不銹鋼管斷裂分析

陳玉喜,谷 昊（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧 大連 116000）

陽床樹脂再生罐不銹鋼管斷裂分析

陳玉喜,谷 昊
（遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧 大連 116000）

摘 要：通過對斷裂不銹鋼管進行化學成分分析、金相檢驗及斷口分析，其結果表明：斷裂的不銹鋼鋼管化學成分不滿足標準要求，鋼管的斷裂可能是由于焊接熱影響區的不銹鋼產生敏化，繼而出現晶間腐蝕最終導致斷裂。

關鍵詞：不銹鋼管；敏化；晶間腐蝕

1　前言

某電站陽床樹脂再生罐發生樹脂泄漏，維修人員對其內部檢查時發現罐內不銹鋼管發生斷裂。陽床樹脂再生罐接收從陽床送出的陽樹脂，用壓縮空氣擦洗、水反沖洗、水正沖洗的方法對陽樹脂進行清潔，采用4-5%濃度的鹽酸溶液對陽樹脂進行再生。陽床樹脂再生罐運行溫度為5～60℃，運行壓力≤0.54MPa。

2　試驗結果

2.1 斷口宏觀檢驗

不銹鋼管一端與法蘭焊接在一起，其示意圖見圖1。斷口位于焊縫1上部焊縫熔合線附近，斷裂面基本垂直于不銹鋼管軸線（見圖2），橫向斷裂。斷口表面較粗糙，壁厚均勻無明顯減薄現象，未見明顯塑性變形特征，為脆性斷口。

根據技術資料顯示不銹鋼管設計材質為316L。而化學分析結果表明，不銹鋼管中Mo含量僅為0.19%，AISI標準中對316L不銹鋼Mo含量要求為2.00～3.00%，說明該不銹鋼管材質并非316L。

2.3 金相檢驗

在法蘭上縱向切取試樣, 進行金相試驗。圖3a和圖3b是拋光態的斷面及鋼管內壁形貌，圖中可觀察到晶界出現嚴重腐蝕現象，腐蝕深度約為360μm。經王水浸蝕后，不銹鋼管的金相組織為孿晶奧氏體，斷面（圖3c）及內壁（圖3d）可見明顯晶間裂紋。焊縫區(見圖3e)為均勻的樹枝晶鑄態組織, 未見任何微裂紋、氣孔等焊接缺陷存在。熔合區(見圖3f)焊接結合良好, 未見任何未熔合微區存在，未出現晶界腐蝕現象。

2.2 化學成分分析

使用SPECTRO XSORT手持式光譜儀對斷裂不銹鋼管進行化學成分分析，分析結果見表1。

表1　不銹鋼管化學成分（wt%）

2.4 斷口微觀檢驗

對不銹鋼管斷口位置截取試樣在掃描電鏡下進行微觀觀察，試驗儀器為蔡司EVO18型掃描電子顯微鏡。結果如圖4所示，斷口為沿晶斷口，局部區域晶面可見明顯的腐蝕坑，為晶間腐蝕脆性開裂斷口。

3　 分析討論

316L奧氏體不銹鋼是一種含Mo的超低碳不銹鋼，含碳量小于0.03%，Cr、Ni的含量均較高，Mo元素的加入使其耐蝕性更加突出，優于304、310不銹鋼，具有良好的耐氯化物腐蝕性能，同時具有良好的力學性能和焊接性能。但對于斷裂失效鋼管的化學分析結果表明，斷裂不銹鋼管中Mo含量顯著低于AISI標準中316L的Mo含量（2-3%），使得不銹鋼管的耐蝕性能大大降低。此外不銹鋼材料的晶間腐蝕通常是由于其敏化或成分不合格所致。對于Cr-Ni系奧氏體不銹鋼，其敏化溫度范圍為450℃-850℃，通常位于焊接接頭的熱影響區，即離熔合線3-5mm處。

對于本文中的斷裂鋼管從斷口的宏觀形貌可以看出，斷裂位置未見明顯的塑性變形區域，屬于典型的脆性斷裂，金相檢驗結果表明，出現晶間腐蝕的區域均位于焊接熱影響區，而靠近熔合線區域并未出現沿晶裂紋。這是因為在對奧氏體不銹鋼進行焊接時，電弧熔池的溫度高達一千多度，不銹鋼處于固溶狀態,而在焊縫兩側溫度隨距離的增加而下降，其中存在敏化溫度區，對于敏化態的不銹鋼處于4-5%的鹽酸溶液中長時間服役腐蝕沿晶界均勻發展，甚至晶粒脫落，使得材料本身的強度急劇下降，在收到自身流體介質的沖擊或強烈的機械碰撞后，表面出現裂紋進而出現晶間腐蝕斷裂。

4　結論

通過對不銹鋼管的理化檢驗和分析，得出結論：

（1）不銹鋼管化學成分不滿足標準要求；

（2）不銹管在焊接時，熱影響區的不銹鋼管產生敏化。鹽酸溶液是奧氏體不銹鋼的敏感性腐蝕介質，斷裂不銹鋼管內壁受鹽酸溶液的長期侵蝕，出現晶間裂紋，最終引起晶間腐蝕開裂。

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