316L不锈钢换热管失效原因分析及应力腐蚀裂纹的结晶学研究
摘要
从三个方面对奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹进行了分析研究:首先分析了奥氏体不锈钢换热管的裂纹成因;其次在裂纹晶体位向关系实验分析的基础上探讨了含氯离子高温蒸汽环境下的应力腐蚀裂纹形成机制;最后在对不同烟气条件下钢管温度场分布进行有限元计算的基础上,提出了提高钢管服役寿命的方法和措施。分析表明,316L不锈钢钢管失效断口呈准解理断裂状穿晶断口,断口上残存含氯的腐蚀产物,裂纹剖面金相组织下裂纹呈树枝状向内扩展,呈现出典型的奥氏体不锈钢在氯离子环境下应力腐蚀的特征。 高温水蒸汽含氯离子腐蚀性介质,及钢管内压在外表面形成的拉应力是钢管发生应力腐蚀的主要原因。为探讨该腐蚀性介质环境下的应力腐蚀裂纹形成机制,对裂纹扩展路径两侧的基体进行了EBSD晶体位向分析。裂纹沿{111}滑移面扩展,最终形成的断裂表面为{100}或{110},裂纹在有利于发生晶面滑移的晶粒区域(即Schmid因子较大区)萌生。裂纹扩展路径的这种晶体学特征证明了316L不锈钢在高温蒸汽下氯离子腐蚀性介质中形成的应力腐蚀裂纹符合滑移溶解机制模型。 最后在对钢管工作温度进行有限元计算的基础上,提出干燥烟气是避免钢管早期应力腐蚀失效的有效途径。