316L奥氏体不锈钢箱式储罐应力腐蚀裂纹产生机理研究

发布时间：2019-09-26 21:29

【摘要】：被广泛使用的18-8、18-12-Mo等Cr-Ni奥氏体不锈钢的应力腐蚀问题一直是国内外不锈钢制造领域的重要研究课题,同时也是应用不锈钢的各工业部门亟待解决的重要工程问题。针对奥氏体不锈钢应力腐蚀问题,本文借助于光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度仪等设备,通过对服役15年后316L奥氏体不锈钢箱式储罐封头焊缝附近的实际裂纹及其断口的形貌特征以及焊接接头与母材显微组织及耐蚀性变化的分析,研究了316L奥氏体不锈钢箱式储罐封头焊接接头应力腐蚀裂纹的产生机理。研究表明:不锈钢储罐封头焊缝附近产生的裂纹具有明显的应力腐蚀裂纹特征,裂纹以沿晶和穿晶相混合的形式扩展。在板厚方向上裂纹较深,在裂纹内部存在大量腐蚀产物,奥氏体不锈钢中的条状δ铁素体对裂纹的扩展有延迟作用。裂纹断口呈脆性断裂特征,并在表面覆盖了一层腐蚀产物。在取自储罐的试样表面还发现了点蚀坑、晶间腐蚀裂纹和熔合区裂纹等缺陷,这些缺陷对应力腐蚀开裂起到了促进作用。显微组织研究结果表明不锈钢储罐组织主要由奥氏体和δ铁素体组成。不锈钢储罐在长期服役过程中,沿铁素体/奥氏体界面和变形带有M23C6碳化物沉淀析出,在铁素体内部及碳化物周围有σ相析出,这些富Cr脆硬相的析出造成不锈钢储罐力学性能及耐蚀性的下降。应力腐蚀试验和草酸电解浸蚀试验结果表明焊接接头热影响区耐蚀性下降最为明显。
【图文】：

示意图,点蚀坑,生长过程,机理

第一章绪论蚀不锈钢钝化膜破坏的原因不同，已提出的点蚀机理主要分为吸离子渗透模型和迁移机理模型[7]以及机械破坏机理模型[8]等，描述的点蚀萌生和发展的具体过程稍有差别，但他们的基本观为发生点蚀的第一步是在钝化金属表面上局部吸附具有侵蚀在侵蚀性离子的作用下发生水解作用（阳离子的释放以及阴离迁移），在金属表面局部形成侵蚀性环境；在上述作用下在这生成的酸性溶液可局部地侵蚀氧化膜，，并进一步侵蚀金属基即使是在上述的微观局部缺陷处，也存在钝化膜的破损和修复只有当这些微观的孔底部的再钝化速率小于金属的溶解速率[9]。点蚀坑生长过程的如图 1-1 所示。

奥氏体不锈钢,显微组织

1 试验材料试验所用材料为 316L 奥氏体不锈钢，其化学成分如表 2-1 所示。试验材自不锈钢箱式储罐封头的一部分，经热轧后旋压而成，其横截面显微组织如所示。从图 2-1 中可以看出，其显微组织主要由奥氏体和沿轧制方向存在状残余 δ 铁素体组成。此储罐在复杂的环境介质下服役近 15 年，对从储罐上取下的试样进行着色探伤发现，封头部位在焊缝一侧附近出现了大量的横纹。根据着色探伤所显示的裂纹位置，采用线切割的方法按图 2-2 上标示出的取样。其中试样分别包括母材试样（在切取位置选择时远离了焊接及边缘免其他加工对母材组织的影响）、焊缝及热影响区试样（包括了焊接热影响内的整个焊缝的一半，以便观察分析的组织）以及裂纹试样（包含垂直于焊横向裂纹）。此外还取未经服役的 316L 奥氏体不锈钢新母材作为对比，研役时间对封头组织的影响。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71;TG171

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