双相不锈钢反法兰焊缝应力腐蚀分析

徐井伟　李文伟　王丽思

摘  要： 双相不锈钢在核电领域上主要用于送海水的泵、法兰、阀门、管道等构件上。随之而来的是双相不锈钢在应用过程中会出现各种工程问 题。应力腐蚀问题尤其突出，为了更好的推进核电工程质量，了解和分析双相不锈钢的应力腐蚀机理尤其重要。从工程运用角度来讲在出现应力腐蚀 后，应从宏观分析、断口形态及能普分析、金相组织分析、化学成分分析、材料性能分析等方面进行深入分析应力腐蚀后材料形态。对应力腐蚀机理进

一步分析来了解对S32750双相不锈钢的主要腐蚀形式及腐蚀分布情况。 关键词： 应力腐蚀;腐蚀机理田湾核电工程3 、4号机组采用的堆型，为单机容量106万千瓦的俄罗 斯VVER-1000 型压水堆核电机组，设计寿命40年，其设计思路与欧洲压水 堆核电机型EPR相似，采用的工程措施也十分相似。

1 应力腐蚀概况

調试部门进行起泵试验时，发生泵出口反法兰侧焊缝边缘母材开裂， 拆除泵与法兰连接短管，发现法兰侧不但存在母材裂纹并且存在局部点腐 蚀现象。法兰的颈部先延伸焊接一个等厚钢板后，再在外侧焊接一个加强 钢板。法兰斜颈与等厚钢板的焊接过渡处发生数段环向开裂，各裂纹均在 斜颈一侧的母材，平行于焊缝，距离焊缝约3-5mm。现场打开法兰除去锈 蚀后，在30PEB30AP002泵反法兰侧共发现12处锈蚀坑和一处裂纹缺陷，先 对法兰内部的12处腐蚀坑进行了编号，并已法兰底部的腐蚀坑为起始端， 逆时针进行测量距离，描述缺陷的大小及深度详见图1和图2。

2 裂纹形貌分析

2.1  宏观分析

截取裂纹试样后，裂纹附近的法兰颈部内表面腐蚀严重，多处出现腐 蚀凹坑，较大腐蚀坑可达3mm ;外表面可见加工痕和划痕，未见明显腐 蚀。启开裂纹后观察断口，断口腐蚀严重，呈黄褐色和黑褐色;由断口形 貌来推断，裂纹起源于内表面，沿图中白色箭头所指方向由内向外扩展， 如图3所示。

2.2  断口形态及能谱成分分析

在扫描电镜下观察清洗后的断口微观形态。断口腐蚀严重，腐蚀深 度已超过壁厚的1/2，中部扩展区域主要为应力作用下的穿晶解理断裂形 态，外表面终断区为韧窝断口。利用EDX半定量能谱分析得出，腐蚀产物的主要成分为铁的氧化物，同时还分析出有较高含量的S和Cl元素。

3 材料性能分析

3.1  金相组织分析

在垂直于裂纹的纵截面上取金相试样，从金相结果分析得出内表面 腐蚀严重，  腐蚀坑深度约1mm。裂纹主要沿铁素体扩展，附近组织与基 体组织基本一致，均为奥氏体+铁素体。裂纹侧母材组织基本呈等轴状 （其中铁素体含量约55% ），另一侧为形变条状组织（其 中铁素体含量约 59% ），且裂纹侧组织相对粗大。

3.2  化学成分分析

在反法兰焊缝试样母材区和焊缝区取样进行化学成分分析，结果见表 1。试样母材和焊缝的化学成分均在S32750材料的规定要求范围内，排除 微量元素在焊接过程中损失导致焊缝应力腐蚀性能失效。

3.3  材料力学性能分析

从反法兰母材区取Φ5mm拉伸试样，进行常温拉伸试验，具体结果见 表2。试样的拉伸性能满足标准ASTM A240/A240M-2015要求。从反法兰母 材区取55 ×10 ×10mm冲击试样，进行常温冲击试验，具体结果见表3，试 样冲击韧性低。

根据宏观形貌观察、微观形貌观察、能谱分析、冲击试验、拉伸试 验、金相组织实验数据结合应力腐蚀机理，得出结论如下：（ 1 ）反法兰腐 蚀开裂均处于环焊缝热影响区附近;（ 2 ）反法兰斜颈母材化学成分和拉伸 性能满足S32750材料的规定要求，但是冲击性能偏低;（ 3 ）反法兰在颈部 焊接区附近的斜颈过渡处发生开裂，裂纹形成位置是应力集中区。裂纹起始 于法兰颈部内表面，裂纹附近同时存在许多腐蚀坑和多条应力腐蚀裂纹; （4 ）S32750材质焊接性能良好，但街头热影响区是焊接最薄弱的地方，由 于热影响区铁素体增多，增大了热影响区的脆性和晶粒长大倾向，从而增大 了腐蚀倾向，热影响区在氯离子富基处很容易出现应力腐蚀现象;

参考文献：

[1]漆俊俊，双相不锈钢塑性变形及热处理的研究，硕士学位论文，江苏科技大 学，2011.

[2]张庆芳，等.铁碳体系析氢与吸氧反应过程净化废水机理的研究，甘肃工业 大学学报，2013年，2期，68-70.

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