阳床树脂再生罐不锈钢管断裂分析

2015-07-27陈玉喜辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连116000

山东工业技术 2015年13期

关键词：敏化晶间腐蚀

陈玉喜,谷昊（辽宁红沿河核电有限公司,辽宁大连 116000）

阳床树脂再生罐不锈钢管断裂分析

陈玉喜,谷昊
（辽宁红沿河核电有限公司,辽宁大连 116000）

摘要：通过对断裂不锈钢管进行化学成分分析、金相检验及断口分析，其结果表明：断裂的不锈钢钢管化学成分不满足标准要求，钢管的断裂可能是由于焊接热影响区的不锈钢产生敏化，继而出现晶间腐蚀最终导致断裂。

关键词：不锈钢管；敏化；晶间腐蚀

1　前言

某电站阳床树脂再生罐发生树脂泄漏，维修人员对其内部检查时发现罐内不锈钢管发生断裂。阳床树脂再生罐接收从阳床送出的阳树脂，用压缩空气擦洗、水反冲洗、水正冲洗的方法对阳树脂进行清洁，采用4-5%浓度的盐酸溶液对阳树脂进行再生。阳床树脂再生罐运行温度为5～60℃，运行压力≤0.54MPa。

2　试验结果

2.1 断口宏观检验

不锈钢管一端与法兰焊接在一起，其示意图见图1。断口位于焊缝1上部焊缝熔合线附近，断裂面基本垂直于不锈钢管轴线（见图2），横向断裂。断口表面较粗糙，壁厚均匀无明显减薄现象，未见明显塑性变形特征，为脆性断口。

根据技术资料显示不锈钢管设计材质为316L。而化学分析结果表明，不锈钢管中Mo含量仅为0.19%，AISI标准中对316L不锈钢Mo含量要求为2.00～3.00%，说明该不锈钢管材质并非316L。

2.3 金相检验

在法兰上纵向切取试样, 进行金相试验。图3a和图3b是抛光态的断面及钢管内壁形貌，图中可观察到晶界出现严重腐蚀现象，腐蚀深度约为360μm。经王水浸蚀后，不锈钢管的金相组织为孪晶奥氏体，断面（图3c）及内壁（图3d）可见明显晶间裂纹。焊缝区(见图3e)为均匀的树枝晶铸态组织, 未见任何微裂纹、气孔等焊接缺陷存在。熔合区(见图3f)焊接结合良好, 未见任何未熔合微区存在，未出现晶界腐蚀现象。

2.2 化学成分分析

使用SPECTRO XSORT手持式光谱仪对断裂不锈钢管进行化学成分分析，分析结果见表1。

表1　不锈钢管化学成分（wt%）

2.4 断口微观检验

对不锈钢管断口位置截取试样在扫描电镜下进行微观观察，试验仪器为蔡司EVO18型扫描电子显微镜。结果如图4所示，断口为沿晶断口，局部区域晶面可见明显的腐蚀坑，为晶间腐蚀脆性开裂断口。

3　分析讨论

316L奥氏体不锈钢是一种含Mo的超低碳不锈钢，含碳量小于0.03%，Cr、Ni的含量均较高，Mo元素的加入使其耐蚀性更加突出，优于304、310不锈钢，具有良好的耐氯化物腐蚀性能，同时具有良好的力学性能和焊接性能。但对于断裂失效钢管的化学分析结果表明，断裂不锈钢管中Mo含量显著低于AISI标准中316L的Mo含量（2-3%），使得不锈钢管的耐蚀性能大大降低。此外不锈钢材料的晶间腐蚀通常是由于其敏化或成分不合格所致。对于Cr-Ni系奥氏体不锈钢，其敏化温度范围为450℃-850℃，通常位于焊接接头的热影响区，即离熔合线3-5mm处。

对于本文中的断裂钢管从断口的宏观形貌可以看出，断裂位置未见明显的塑性变形区域，属于典型的脆性断裂，金相检验结果表明，出现晶间腐蚀的区域均位于焊接热影响区，而靠近熔合线区域并未出现沿晶裂纹。这是因为在对奥氏体不锈钢进行焊接时，电弧熔池的温度高达一千多度，不锈钢处于固溶状态,而在焊缝两侧温度随距离的增加而下降，其中存在敏化温度区，对于敏化态的不锈钢处于4-5%的盐酸溶液中长时间服役腐蚀沿晶界均匀发展，甚至晶粒脱落，使得材料本身的强度急剧下降，在收到自身流体介质的冲击或强烈的机械碰撞后，表面出现裂纹进而出现晶间腐蚀断裂。