雙相不銹鋼反法蘭焊縫應力腐蝕分析

徐井偉　李文偉　王麗思

摘? 要： 雙相不銹鋼在核電領域上主要用于送海水的泵、法蘭、閥門、管道等構件上。隨之而來的是雙相不銹鋼在應用過程中會出現各種工程問 題。應力腐蝕問題尤其突出，為了更好的推進核電工程質量，了解和分析雙相不銹鋼的應力腐蝕機理尤其重要。從工程運用角度來講在出現應力腐蝕 后，應從宏觀分析、斷口形態及能普分析、金相組織分析、化學成分分析、材料性能分析等方面進行深入分析應力腐蝕后材料形態。對應力腐蝕機理進

一步分析來了解對S32750雙相不銹鋼的主要腐蝕形式及腐蝕分布情況。 關鍵詞： 應力腐蝕;腐蝕機理田灣核電工程3 、4號機組采用的堆型，為單機容量106萬千瓦的俄羅 斯VVER-1000 型壓水堆核電機組，設計壽命40年，其設計思路與歐洲壓水 堆核電機型EPR相似，采用的工程措施也十分相似。

1 應力腐蝕概況

調試部門進行起泵試驗時，發生泵出口反法蘭側焊縫邊緣母材開裂， 拆除泵與法蘭連接短管，發現法蘭側不但存在母材裂紋并且存在局部點腐 蝕現象。法蘭的頸部先延伸焊接一個等厚鋼板后，再在外側焊接一個加強 鋼板。法蘭斜頸與等厚鋼板的焊接過渡處發生數段環向開裂，各裂紋均在 斜頸一側的母材，平行于焊縫，距離焊縫約3-5mm。現場打開法蘭除去銹 蝕后，在30PEB30AP002泵反法蘭側共發現12處銹蝕坑和一處裂紋缺陷，先 對法蘭內部的12處腐蝕坑進行了編號，并已法蘭底部的腐蝕坑為起始端， 逆時針進行測量距離，描述缺陷的大小及深度詳見圖1和圖2。

2 裂紋形貌分析

2.1? 宏觀分析

截取裂紋試樣后，裂紋附近的法蘭頸部內表面腐蝕嚴重，多處出現腐 蝕凹坑，較大腐蝕坑可達3mm ;外表面可見加工痕和劃痕，未見明顯腐 蝕。啟開裂紋后觀察斷口，斷口腐蝕嚴重，呈黃褐色和黑褐色;由斷口形 貌來推斷，裂紋起源于內表面，沿圖中白色箭頭所指方向由內向外擴展， 如圖3所示。

2.2? 斷口形態及能譜成分分析

在掃描電鏡下觀察清洗后的斷口微觀形態。斷口腐蝕嚴重，腐蝕深 度已超過壁厚的1/2，中部擴展區域主要為應力作用下的穿晶解理斷裂形 態，外表面終斷區為韌窩斷口。利用EDX半定量能譜分析得出，腐蝕產物的主要成分為鐵的氧化物，同時還分析出有較高含量的S和Cl元素。

3 材料性能分析

3.1? 金相組織分析

在垂直于裂紋的縱截面上取金相試樣，從金相結果分析得出內表面 腐蝕嚴重，? 腐蝕坑深度約1mm。裂紋主要沿鐵素體擴展，附近組織與基 體組織基本一致，均為奧氏體+鐵素體。裂紋側母材組織基本呈等軸狀 （其中鐵素體含量約55% ），另一側為形變條狀組織（其 中鐵素體含量約 59% ），且裂紋側組織相對粗大。

3.2? 化學成分分析

在反法蘭焊縫試樣母材區和焊縫區取樣進行化學成分分析，結果見表 1。試樣母材和焊縫的化學成分均在S32750材料的規定要求范圍內，排除 微量元素在焊接過程中損失導致焊縫應力腐蝕性能失效。

3.3? 材料力學性能分析

從反法蘭母材區取Φ5mm拉伸試樣，進行常溫拉伸試驗，具體結果見 表2。試樣的拉伸性能滿足標準ASTM A240/A240M-2015要求。從反法蘭母 材區取55 ×10 ×10mm沖擊試樣，進行常溫沖擊試驗，具體結果見表3，試 樣沖擊韌性低。

根據宏觀形貌觀察、微觀形貌觀察、能譜分析、沖擊試驗、拉伸試 驗、金相組織實驗數據結合應力腐蝕機理，得出結論如下：（ 1 ）反法蘭腐 蝕開裂均處于環焊縫熱影響區附近;（ 2 ）反法蘭斜頸母材化學成分和拉伸 性能滿足S32750材料的規定要求，但是沖擊性能偏低;（ 3 ）反法蘭在頸部 焊接區附近的斜頸過渡處發生開裂，裂紋形成位置是應力集中區。裂紋起始 于法蘭頸部內表面，裂紋附近同時存在許多腐蝕坑和多條應力腐蝕裂紋; （4 ）S32750材質焊接性能良好，但街頭熱影響區是焊接最薄弱的地方，由 于熱影響區鐵素體增多，增大了熱影響區的脆性和晶粒長大傾向，從而增大 了腐蝕傾向，熱影響區在氯離子富基處很容易出現應力腐蝕現象;

參考文獻：

[1]漆俊俊，雙相不銹鋼塑性變形及熱處理的研究，碩士學位論文，江蘇科技大 學，2011.

[2]張慶芳，等.鐵碳體系析氫與吸氧反應過程凈化廢水機理的研究，甘肅工業 大學學報，2013年，2期，68-70.

1755501705273