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不鏽鋼儲罐板厚向裂紋形貌及腐蝕産物成分分析

作者:鎮田機械 时间:2019-04-02 17:27
不鏽鋼儲罐板厚向裂紋形貌及腐蝕産物成分分析 一、不鏽鋼儲罐板厚向裂紋形貌 图3-7为裂纹在不锈钢板厚方向上的形貌。由图3-7可见裂纹在试样内部扩 展的深度较大。由于在板厚方向上裂纹 信息摘要:

不鏽鋼儲罐板厚向裂紋形貌及腐蝕産物成分分析

一、不鏽鋼儲罐板厚向裂紋形貌

图3-7为裂纹在不锈钢板厚方向上的形貌。由图3-7可见裂纹在试样内部扩 展的深度较大。由于在板厚方向上裂纹相对封闭,难以与外界发生物质交换,因 此在裂纹内部存在大量的腐蚀产物。对图3-7(b)中的腐蚀产物(黑色点处)进行 EDS分析可知其C元素和O元素的含量较高,并含有一定量的C1元素,说明其 是含cr腐蚀介质的腐蚀作用下发生电化学反应而产生的。

图3-8为板厚方向上裂纹的高倍SEM图。由图3-8可见穿晶裂纹是由一个个 小隧洞连接而成。针对应力腐蚀裂纹中出现大量隧洞的现象,有些学者提出了应 力腐蚀裂纹的隧道腐蚀理论[27],该理论认为钝化膜破损处在腐蚀介质的不断作用 下发生优先腐蚀,在该区域逐渐形成隧洞。在应力的持续作用下,在隧洞位置将 产生较大的应力集中,当应力集中超过抗拉强度时金属将沿隧洞产生机械撕裂。 随着应力被逐渐释放,机械撕裂也将停止,裂纹尖端未被钝化的金属又将被继续 腐蚀,产生新的隧洞。在腐蚀介质和应力的持续作用下,这一过程将不断重复进 行,使隧洞在深度方向上不断形成并连接成隧道,直到金属构件发生断裂。

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(c)深度方向裂紋腐蝕産物EDS分析結果

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圖3-8深度方向上應力腐蝕裂紋的局部放大圖

此外,从图3-8中可以看出,裂纹大都绕过条状铁素体扩展,且有裂纹在铁 素体和奥氏体交界处止裂,如图3-8中箭头所示。已有研究表明[60]由于铁素体中

Cr含量较高且其形态呈条状并与裂纹相互垂直,所以其对应力腐蚀裂纹的扩展 起阻碍作用,通过统计裂纹的分布发现在5/Y界面处,裂纹生长率比在y/y界面 要低得多,当裂纹扩展到5-铁素体时,将会被延迟相当长的一段时间后才会继续 扩展。

二、儲罐裂纹断口形貌及腐蚀产物成分分析

图3-9为应力腐蚀裂纹断口的SEM照片。由图3-9可见断口呈脆性断裂特 征,表面覆盖了一定量的腐蚀产物,同时还可以观察到撕裂棱,这些都是奥氏体 不锈钢在cr环境下应力腐蚀开裂断口的典型特征。通过EDS分析结果可知几乎 所有分析位置都含有较高的碳元素和氧元素,同时铁元素的含量明显降低,裂纹 面主要被氧化物所覆盖。因为裂纹大部分都已经延伸到了工件表面呈开放型裂 纹,因此很容易受到污染,同时外界环境介质的渗入也会加剧其原始裂纹面对氧 化和腐蚀。此外,在裂纹面中还发现Na元素的存在,这可能与海水的腐蚀作用 有关,与前文分析结果相一致。值得注意的是在解理面中心处存在球状析出相, 这些析出相的存在对裂纹的扩展起到了一定的促进作用。

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(a)裂紋斷口的SEM照片

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(b)各點EDS分析結果

圖3-9應力腐蝕裂紋斷口形貌及EDS分析

表3-4圖3-11中各點EDS分析結果化學成分(wt.%)

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为了进一步研宄裂纹扩展特征,选取主裂纹中部断口形貌进行研宄,如图 3-10所示。虽然裂纹内部已被严重腐蚀,但从图3-10中仍可以同时观察到代表 穿晶断裂模式的贯穿几个晶粒的准解理面以及代表沿晶断裂模式的冰糖状形貌, 这进一步证明应力腐蚀裂纹是以穿晶和沿晶混合的形式扩展的。同时在断口表面 发现有微裂纹存在,这说明裂纹的形态是立体的,在试样内部存在分支。

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圖3-10應力腐蝕裂紋主裂紋的斷口形貌

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图3-11为裂纹开裂尖端的断口形貌图,图中虚线所示为裂纹开裂区与未开裂 区的分界线,根据EDS结果,与其他区域相比在裂纹尖端点2处,S元素的含 量发生了显著增加,由于S元素的存在将使该区域晶界强度弱化,因此可以推断 除了 Cr和Ni元素的下降以外,元素S的偏析也是促进应力腐蚀裂纹开裂的原因之一。

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(b)各點EDS分析結果

表3-5裂纹尖端断口 EDS分析结果化学成分(wt.%)

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