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304奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂

2016-01-29 13:41:00 大连天凡防腐技术有限公司 阅读

1 分项调研
1.1  关于材质
调研了5组S管的化学成分,结果列子表1。分析结果显示钢管的化学成分全部符合国家标准GB1220-1992《不锈耐酸钢技术条件》中00Cr18Ni10钢要求。属超低碳奥氏体不锈钢。
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1.2 关于环境
调查表明管内化学物质不含水,并不溶解于水,也不会分解溶出氯、硫等有害物质。对管外的软化水在不同位置分别取样进行分析检测,结果示于表2。结果显示软化水为中性,水中氯离子含量极低。
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1.3 宏观检测
现场调查显示从管外观察到S型钢管,在弯管的外侧有许多裂纹,少数直管段也看到了裂纹,裂纹与钢管轴向呈45°角,裂纹周围有黑褐色腐蚀产物。无裂纹处的钢管仍保持着不锈钢原有的银白色。沿轴向将钢管剖开,可见管内表面光亮,无锈蚀,看到的裂纹均同外管壁上的裂纹贯通。
1.4 光学显微镜检查
沿钢管的横断面磨制金相试片,放在大型金相显微镜下观察,结果示于图1。由照片可见,钢管显微结构均为奥氏体组织,裂纹多由钢管外侧起始,向钢管内侧发展,呈穿晶型貌。
 
1。5 腐蚀产物分析
球罐ZARE阴极保护在扫描电子显微镜下用能谱对钢管外侧裂纹周围的腐蚀产物和裂纹尖端的腐蚀产物进行成分分析,结果示于图2和图3。结果表明钢管外侧裂纹周围的腐蚀产物和裂纹尖端的腐蚀产物都含有不同量的S,Cl,Ca等相同的元素,而在钢管外裂纹周围的腐蚀产物中还有较多的Al,Na,K,Mg等元素。
 
1.6 断口形貌分析
在实验室中将裂纹完全打开,裂纹断口粗糙。在扫描电子显微镜下观察到裂纹从管外侧开始,贯穿管壁的裂纹上存在许多二次裂纹,裂纹一直延续到在实验室打开的韧窝处,断口呈羽毛状的穿晶形貌(见图4),成长方向也是从管外侧向内侧发展的。断口表面也有一些腐蚀产物,并具有和管外侧腐蚀产物相同的成分。断口局部区域还看到了冰糖状的沿晶结构和一些二次裂纹,在这些地方还看到了腐蚀坑(图5)。
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2 结果讨论与对策
上述分析结果表明:该装置采用的不锈钢其化学成分符合国标CB1220-1992《不锈耐酸钢技术条件》中00Cr18Ni10超低碳奥氏体不锈钢的规定,显微组织显示为奥氏体,可以推断钢管使用状态为固溶态,符合装置的设计要求。
钢管上的裂纹多发生在管外弯曲受张应力的一侧,直管段上也看到了少量的裂纹,裂纹显示出穿晶型应力腐蚀破裂。
奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂的原因是由于水中Cl-的存在,虽然水中检测Cl-含量极低,但在使用中,钢管表面的水膜不断蒸发,致使Cl-在钢管表面积累,这在对钢管表面和裂纹上腐蚀产物成分分析结果中都得到了证实,(腐蚀产物中的Cl-含量是水中数10倍之多)。另外,腐蚀产物中还检测出有较多的S元素存在,而钢中的S含量是相当低的,
说明腐蚀产物中的S绝大部分是环境带来的,这在调查系统的操作记录和系统其它部分的现状中也得到了证实。
 
为此,认为该装置的泄漏是由于在使用环境下冷却水中Cl-在钢管表面的浓缩富集,导致钢管在承受张应力的部位产生应力腐蚀开裂。冷却水短时间的环境变化促进了应力腐蚀开裂的发生,致使钢管失效泄漏。
由于应力腐蚀是起源于管外侧,因此钢管外侧的环境十分重要,尽量避免含氯盐在钢管表面浓缩沉积是很必要的。但由于冷却水要不断蒸发,水中的氯盐在钢管表面沉积是不可避免的,同时降低装置的运行温度同样也是做不到的。在这种情况下更换材料是最有效的手段,建议更换为抗应力腐蚀性能更好的含钼奥氏体不锈钢(如316L)或者奥氏体一铁素体双相不锈钢(如2205),以提高钢管抵抗应力腐蚀的能力。同时,应尽量降低冷却水中Cl一的含量和系统的运行温度,以防止应力腐蚀的发生。