浅谈奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂

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奥氏体不锈钢输油管道焊缝的应力腐蚀失效分析

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（ＩＯＥｏｉｅｏｈｍｉｏ，ｔ，ｏｎ５５０，ｈｎ）ＳＮＰＣＭａｍｎＰｔｃｅｃｌ．ＬｄＭａｍｉｇｒａＣｇ２００Ｃｉａ
关键词：奥氏体不锈钢；焊缝；渣油管道；应力腐蚀；失效分析中图分类号：Ｑ００９；Ｈ１０Ｔ５．１Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０９３８（０１０－６－５１０ —２１２１）４０８００
ＳHale Waihona Puke ｒｓｒｏｉｎＦａｌｅＡｎａｙｉｏｅｄｉｔｅｓＣｏｒｓｏｉｕｒｌｓｓｆｒＷｌｎＡｕｓｅｔｃｔｎｉｉ
ＡｂｔａｔＴｅｍａｅｉｌｏｅｉｎａｙｏｌｉｉｇｉｕｔｎｔｔｉｌｓｔｅ．ＩｘｍｉａｉｎｏｑｉｍｅｔｔＳｆｕｄｔａｈｒｓｒｃ：ｈｔｒａｆｓｄｍｅｔｒｉｐｐｎｓａｓｅｉｃｓａｎｅｓｓｅ１ｎｅａｎｔｆｅｕｐｎ，ｉＷａｏｎｈｔｔｅｅａｉｏｗｒｗｏｃａｋｃｕｒｄａｅｄｅｅｔｒｃｓｏｃｒｅｔｗｌ．Ｔｅｃｅｃｌｃｍｐｓｔｎｏｈｌｎｏｒｓｏｏｙ，ｍｅａｌｒｉａｓｕｔｒｈｈｍｉａｏｏｉｏｆｔｅｗｅｄａｄｃｒｏｉｎｂｄｉｔｌｇｃｌｔｃｕｅ，ｂｏｅｅｔｎｕｒｒｋｎｓｃｉｏ

奥氏体不锈钢管道焊缝裂纹产生原因分析[1]

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母材化学成分 & 质量分数 #
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表! 材料母材力学性能室温
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惠维山
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摘要 ) 国内某电站在建造过程中 ! 部分奥氏体不锈钢厚壁管在焊接后进行 D5 检验时发现焊缝存在大量裂纹 $ 经分析研究 ! 认为裂纹的产生原因与焊缝熔敷金属中 % 铁素体含量偏低 % D ! -< 含量偏高 % 焊接应力大等因素有关 $ 为此对焊缝产生裂纹的原因进行了分析 ! 为不锈钢厚壁管的焊接积累了经验 $ 关键词 ) 奥氏体不锈钢 * 厚壁管 * 焊缝裂纹 * 原因分析中图分类号 ) 57%0I9" 文献标识码 ) N
焊条采用锦州锦泰焊条厂生产的不锈钢焊条! 型号为
’!&"()&" " 相当于 *++,-#./0#! 规格 !!1# 22 $ 该批焊条总
计 & $$$ 34 ! 其化学成分及力学性能复验值见表 ! 及表 % 所示 $
表" 焊条化学成分及复验值 " 质量分数 ( "% (

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因要写一篇关于“奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因”的文章，首先我们得先了解一下奥氏体不锈钢这位“大明星”。

不锈钢在日常生活中可谓无处不在，从厨具到建筑，真是个“百搭”。

而奥氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀性和韧性受到大家的喜爱，但它却有一个不太好听的毛病——晶间腐蚀。

好比是你在聚会上大肆欢笑，结果发现衣服上沾了点酱油，尴尬得不要不要的。

1. 什么是晶间腐蚀？1.1 定义与特征简单来说，晶间腐蚀就是金属材料内部某些区域发生的腐蚀，想象一下你家里的墙壁，表面看起来完好，但其实里面早已“开了小花”。

这种腐蚀主要出现在材料的晶界，也就是金属的“分界线”，在这里，材料的结构变得比较脆弱，容易受到侵袭。

最典型的表现就是出现小孔或者裂缝，简直是“内忧外患”啊！1.2 原因探讨那么，晶间腐蚀究竟是从哪里来的呢？首先，要说的是奥氏体不锈钢里含有镍和铬等合金元素，这些元素虽然能增强耐腐蚀性，但如果处理不当，反而会形成一些“小圈子”。

就好比你们几个朋友总在一起，久而久之，关系就变得微妙，开始互相“拆台”。

在高温环境下，碳会与铬结合，导致铬的分布不均，给腐蚀留下了“缝隙”。

2. 环境因素的影响2.1 氧化与化学介质接下来，我们再看看外部环境的影响。

奥氏体不锈钢最怕的就是那些含氯的东西，比如海水、盐水，甚至是厨房里的清洁剂，这些化学介质可不是什么善类！它们就像“海盗”，一旦侵入，就开始大肆掠夺，损害金属的结构。

遇到这种情况，金属的“防线”立刻被攻破，腐蚀就开始“得寸进尺”。

2.2 温度与湿度而且，温度和湿度也是关键因素。

高温潮湿的环境就像是给了腐蚀一个“开挂”的机会。

想象一下，一个人在炎热的夏天里，浑身湿透，那种不适感真是“烦不胜烦”。

同理，金属在这种环境下也会变得更加脆弱，腐蚀的速度比平时快多了。

3. 如何防止晶间腐蚀？3.1 合理选材说到这，大家肯定想知道，怎么才能避免这种尴尬的情况呢？首先，选材很重要，尽量选择高品质的奥氏体不锈钢，合金成分要稳定，避免那些“易变心”的材料。

浅谈奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂

浅谈奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂张吉;马钢【摘要】论文介绍了不锈钢应力腐蚀开裂形、长大和扩展的过程.并通过分析其主要特征、影响因素和相关机理,总结了消除残余应力的方法,从而降低发生不锈钢应力腐蚀开裂的几率.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2013(026)003【总页数】3页(P69-71)【关键词】不锈钢;应力腐蚀开裂;残余应力【作者】张吉;马钢【作者单位】台州市特种设备监督检验中心,浙州台州318000;台州市特种设备监督检验中心,浙州台州318000【正文语种】中文【中图分类】TG140 引言不锈钢是指具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称[1]。

不锈钢的产量中奥氏体不锈钢约占70%[2]。

奥氏体不锈钢具有优越的耐蚀性和力学性能，但是，304等亚稳态奥氏体不锈钢制造设备在含硫、氯介质中常发生严重的腐蚀穿孔事故，造成巨大的经济损失。

更为严重的是，蚀孔又可以作为裂纹源，在应力作用下导致应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking，SCC），引起设备和管道的过早破坏，甚至发生灾难性事故，严重危及生产和人身安全。

据工业部门大量统计表明[3]，化工设备破裂事故中，应力腐蚀开裂造成的事故约占全部的1/4以上，而奥氏体不锈钢设备事故又占应力腐蚀事故的1/2以上。

应力腐蚀开裂的特征是几乎完全没有金属宏观体积上的塑性变形的情况下突然发生破裂。

这种断裂是事故以及大量材料损耗的原因。

在高压下使用的设备（例如热能及天然气处理设备）或者在高温条件下工作以及使用危险化学物质（酸、碱、有毒化合物）的设备尤其危险。

而且在实际使用过程中，不锈钢焊接接头的应力腐蚀倾向比母材更为严重，成为不锈钢构件抗应力腐蚀开裂的薄弱环节。

本文对应力腐蚀开裂机理、奥氏体不锈钢焊接构件的应力腐蚀行为、消除焊接残余应力的方法等方面的发展状况进行了简要评述。

1 应力腐蚀开裂及其机理19世纪后期，人们发现黄铜弹壳在贮存过程中发生开裂，严重地影响了军事行动。

奥氏体不锈钢应力松弛开裂敏感性的比较

2022年9月，韩国大田电力公司的HAN-SANG LEE与BUM-SHIN KIM和韩国忠南大学的Sun Ig Hong在《Welding Journal》上发表了《Comparison of Stress Relaxation Cracking Susceptibility of Austenitic Stainless Steels》一文，项目由韩国电力公司支持。

燃煤发电厂的焊接接头通常由347H不锈钢制成。

然而，已知这种合金因应力松弛开裂而失效。

因此，需要定量评估方法作为筛选措施。

文中通过Gleeble®热机械模拟器，用于347H和Super 304H合金热影响区（HAZ）模拟和应力松弛试验。

并通过试验分析说明应力松弛裂纹的敏感性可以根据材料和应变定量来确定。

在600°C（1112°F）蒸汽温度下运行的超临界锅炉的高温部分通常由奥氏体不锈钢制成，如347H、Super 304H或HR3C。

然而，有许多报告表明，当基材为347H时，在相对较短的运行时间（即一至两年）后，热影响区（HAZ）和弯管就会发生损坏。

相关报道已经报道了与347H制成的弯管和HAZ中的应力松弛开裂相关的类似损伤案例。

目前提出的解释涉及应变诱导沉淀硬化现象，其中细沉淀物在晶粒中形成并随后硬化。

特别是，由于快速扩散速度，在晶界处形成了粗碳化物。

因此，这导致变形以及集中在晶界处的裂纹的形成，当不锈钢在冷加工和焊接引起的变形之后暴露于高温时，裂纹开始扩展。

并且这种开裂现象并非焊接区独有。

它也已知发生在弯曲的管中。

美国机械工程师协会（ASME）锅炉和压力容器标准建议，如果在弯曲过程中变形超过10-20%，则对奥氏体管进行固溶热处理。

美国电力研究所（EPRI）建议采用更保守的热处理方法，考虑到应变诱发沉淀硬化，EPRI指出，当变形量超过5%时，应进行热处理。

测量应力松弛裂纹敏感性的方法可分为两类，一类方法是通过分析焊接过程中施加的自约束来评估抗裂性，这些方法仅识别裂缝的发生，不提供定量结果。

奥氏体不锈钢开裂原因

奥氏体不锈钢开裂原因奥氏体不锈钢是一种常用的不锈钢材料，具有良好的耐腐蚀性和机械性能。

然而，有时候在使用过程中，我们可能会遇到奥氏体不锈钢开裂的问题。

那么，奥氏体不锈钢开裂的原因是什么呢？1. 热裂缝热裂缝是奥氏体不锈钢开裂的常见原因之一。

当奥氏体不锈钢在高温下冷却时，由于不均匀的收缩，可能会导致材料出现应力集中，从而引发开裂。

此外，过快的冷却速度也会增加奥氏体不锈钢的开裂风险。

2. 氢脆氢脆是奥氏体不锈钢开裂的另一个重要原因。

当奥氏体不锈钢在存在氢气的环境中，吸收了大量的氢后，会导致材料内部产生氢脆现象，从而引发开裂。

氢脆是一种脆性断裂，常常发生在高应力和低温环境下。

3. 应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢开裂的另一个重要原因。

当奥氏体不锈钢在存在腐蚀介质的环境中，同时受到应力作用时，会发生应力腐蚀开裂。

腐蚀介质可以是酸、碱、盐等，而应力可以来自外部加载或内部残余应力。

4. 冷裂缝冷裂缝是奥氏体不锈钢开裂的一种特殊形式。

当奥氏体不锈钢在低温下受到冲击或振动时，可能会发生冷裂缝。

冷裂缝通常发生在材料的弱点或缺陷处，如焊缝、夹杂物等。

为了避免奥氏体不锈钢开裂的问题，我们可以采取以下措施：1. 控制冷却速度：在加热和冷却过程中，控制奥氏体不锈钢的冷却速度，避免过快的冷却引发开裂。

2. 防止氢脆：在使用奥氏体不锈钢时，避免接触含有氢气的环境，减少氢的吸收量，从而降低氢脆的风险。

3. 选择合适的材料：根据具体的使用环境和要求，选择适合的奥氏体不锈钢材料，以确保其耐腐蚀性和机械性能。

4. 控制应力：在使用奥氏体不锈钢时，尽量避免过大的应力作用，减少应力腐蚀开裂的可能性。

奥氏体不锈钢开裂的原因主要包括热裂缝、氢脆、应力腐蚀开裂和冷裂缝。

为了避免开裂问题，我们应该采取相应的措施，控制冷却速度、防止氢脆、选择合适的材料和控制应力。

这样才能确保奥氏体不锈钢的使用安全和可靠性。

奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂研究进展

奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂研究进展摘要：奥氏体不锈钢广泛用作石油化工、煤化工、电力、造纸、化工等行业主要设备和管道的材料。

腐蚀失效问题依然普遍，尤其是应力腐蚀开裂失效最为突出。

本文从氯离子含量、温度、pH值、氧气、有毒介质等方面探讨了影响奥氏体不锈钢氯化物应力腐蚀开裂的主要因素，以及奥氏体不锈钢的安全性评价和现场检测方法。

讨论了不锈钢的应力腐蚀开裂，从工程实践的角度提出了减缓奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的具体措施。

关键词：奥氏体不锈钢；氯离子；应力腐蚀开裂石油化工是国民经济发展的重要支柱产业。

随着经济的发展，我国石化产业规模将不断扩大。

除了系统管理问题，最重要的因素是整体运行环境。

的石化企业。

其中，石油化工设备是影响企业生产速度和效益的主要因素。

管道应力腐蚀开裂也是石油化工行业普遍存在的问题。

因此，在石化生产中，为提高企业的生产效率，增加企业的经济效益，提高企业在石化行业的核心竞争力，必须做好生产团队的管理工作。

石化企业生产，特别是部分室外输送管道的维护保养工作，确保石化企业稳定运行。

”一、氯化物应力腐蚀开裂机理（1）应力腐蚀开裂特征应力腐蚀开裂是指敏感金属材料在某些特定的腐蚀介质中由于腐蚀介质和拉应力的协同作用而发生脆性断裂。

应力腐蚀开裂的发生同时需要三个基本条件（见图1），即敏感的金属材料、特定的腐蚀介质和足够的拉应力。

对于奥氏体不锈钢氯化物SCC，表现为多分支的穿晶裂纹，其微观外观呈闪电状的穿晶裂纹形态。

图1发生应力腐蚀开裂的三个基本条件（2）应力腐蚀开裂机理由于SCC涉及材料、环境、力学等诸多因素，其过程非常复杂，迄今为止提出的各种应力腐蚀开裂理论或模型都存在一定的局限性，没有统一的理论。

其中，常见的开裂机制有阳极溶解机制、氢脆机制和阳极溶解氢脆机制三种。

对于奥氏体不锈钢的氯化物SCC，最普遍接受的机理是阳极溶解机理，即阳极金属的不断溶解导致应力腐蚀开裂的形成和扩展。

发生快速蠕变，晶内位错沿滑移面到达裂纹尖端前表面，产生大量瞬时活性溶解颗粒，导致裂纹尖端（阳极）快速溶解，如图2所示.图 2 阳极溶解引起裂纹扩散的模型二、氯化物应力腐蚀开裂的影响因素金属材料的SCC受多种因素影响，主要与材料的应力状态、环境、合金成分等有关。

奥氏体不锈钢的结晶裂纹

奥氏体不锈钢的结晶裂纹
1.热膨胀系数大：奥氏体不锈钢的线膨胀系数相对较大，因此在焊接快速加热和冷却过程中，焊缝区域会经历显著的体积变化和收缩变形，导致较大的拉伸应力。

2.导热性差：奥氏体不锈钢的导热性能较差，使得热量分布不均匀，造成局部温度梯度高，加剧了焊接应力的形成。

3.液-固相线距离大：奥氏体不锈钢的液相线与固相线之间的温差较大，这延长了结晶时间，并且易于产生枝晶偏析，其中杂质和合金元素可能集中于晶界，降低该区域的韧性，增加开裂倾向。

4.成分影响：如碳、硫、磷等元素含量较高时，在焊缝中可能形成低熔点共晶物，这些相在冷却过程中优先凝固并产生应力集中，从而引发裂纹。

5.冶金因素：焊缝金属中的合金元素分配不均或未能得到适当的控制，例如铬贫化区的形成，可能导致晶间腐蚀和力学性能下降，增加裂纹敏感性。

为了防止奥氏体不锈钢焊接过程中的结晶裂纹，可以采取以下措施：
-选择合适的焊接材料和填充金属，确保其具有良好的抗裂纹性能。

-控制焊接工艺参数，比如电流、电压、焊接速度以及预热和后热处理温度，以减小焊接热输入和优化冷却速率。

-使用含有适量稳定化元素（如铌、钛）的合金来减少有害相的形成和改善焊缝组织性能。

-对关键部位进行焊前清理，避免油污、水分或其他污染物影响焊接质量。

-根据需要设计合理的接头形式和坡口尺寸，以分散焊接应力。

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生产和人身安全。据工业部门大量统计表明［３１，化工设备：称为应力腐蚀开裂。可见，应力腐蚀是在化学介质和应
破裂事故中，应力腐蚀开裂造成的事式。是指受应力的材料
母材更为严重，成为不锈钢构件抗应力腐蚀开裂的薄弱
０引言
不锈钢是指具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的
环节。本文对应力腐蚀开裂机理、奥氏体不锈钢焊接构件的应力腐蚀行为、消除焊接残余应力的方法等方面的
ｔｈｅｓｔａｉｌｅｎｓｓｓｔｅｅｌＳＳＣＣ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔｉａｌｅｎｓｓｓｔｅｅ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ（ＳＣＣ）；ｒｅｓｉｄｕｌａｓｔｒｅｓｓ
ＤｉｓｃｕｓｓｔｈｅＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇｏｆＡｕｓｔｅｎｉｔｉｃＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ
ＺＨＡＮＧＪｉ，ＭＡＧａｎｇ
文章编号：１００２ — ６６７３（２０１３）０３ — ０６９ — ０３
浅谈奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂
张吉，马钢
（台州市特种设备监督检验中心，浙州台州３１８０００）
摘要：论文介绍了不锈钢应力腐蚀开裂形、长大和扩展的过程。并通过分析其主要特征、影响因素和相关
常发生严重的腐蚀穿孔事故．造成巨大的经济损失。更：
１应力腐蚀开裂及其机理
１９世纪后期．人们发现黄铜弹壳在贮存过程中发生
为严重的是，蚀孔又可以作为裂纹源，在应力作用下导ｌ开裂，严重地影响了军事行动。研究结果进一步查明：
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＡｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＳＳＣＣ，ｇｒｏｗｔｈａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．Ｂｙａｎａｌｙｓｉｓｉｔｓｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｃｔｓ，ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｉｃｆｔｏｒｓａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ．ｔｈｅａｔｉｒｃｌｅＳｐｕｒｐｏｓｅｉｓｔｏｓｕｍｍａｉｚｒｅｔｈｅｔａｃｉｃｔｓｏｆＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｉｓｋｏｆ
合金钢的总称［１１。不锈钢的产量中奥氏体不锈钢约占７０ｖ／＃２］。：发展状况进行了简要评述。
奥氏体不锈钢具有优越的耐蚀性和力学性能，但是，ｌ３０４等亚稳态奥氏体不锈钢制造设备在含硫、氯介质中ｌ
致应力腐蚀开裂（ＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇ，ＳＣＣ），引起设ｌ在制造过程中，弹壳具有残余应力；贮存过程中，这种
备和管道的过早破坏，甚至发生灾难性事故，严重危及ｌ弹壳在含有氨离子的潮湿空气中开裂。人们将上述现象
机理．总结了消除残余应力的方法，从而降低发生不锈钢应力腐蚀开裂的几率。关键词：不锈钢；应力腐蚀开裂；残余应力
中图分类号：ＴＧ１４
文献标识码：Ａｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－６６７３．２０１３．０３．０３０
第２６卷第３期
２０１３年５月
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙ＆ＥｌｅｃｔｉｒｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ
机电产品开发白钏新
Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．３Ｍａｙ．，２０１３
（ＴａｉｚｈｏｕＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｓｐｅｃｉｔｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＳｐｅｃｉＭＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＴａｉｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１８０００，Ｃｈｉｎａ）