316L不銹鋼管樣品焊接截面腐蝕分析報告

浙江至德鋼業(yè)有限公司研究人員給出了316L不銹鋼管腐蝕焊縫截面形貌。在圖中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕疏松層，在圖中發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)的近表層有一條明顯的分界線,分界線左側(cè)是厚度不一的腐蝕疏松層,最大厚度約為22.89μm。此外,利用EDS對不同溫度的腐蝕樣品焊縫區(qū)截面進行線掃分析,焊縫截面的元素濃度變化情況分別如圖所示。分析圖發(fā)現(xiàn)樣品焊縫截面的鐵、鉻和鎳元素濃度隨著表層深度增加先迅速增加后保持不變。這說明腐蝕過程中焊縫表層的合金元素溶解滲透進入液態(tài)鋰中,根據(jù)元素濃度變化趨勢可知溫度為450℃和560℃的焊縫區(qū)腐蝕深度分別約為2.0μm和6.0μm。圖給出了腐蝕溫度為720℃時焊縫截面的EDS掃描結(jié)果,觀察發(fā)現(xiàn)隨著焊縫的表層深度增加,鐵的濃度逐漸增加至不變,但鉻和鎳濃度先增加再減少再增加最后保持不變。這說明腐蝕疏松層的主要成分是鉻和鎳,焊縫區(qū)的腐蝕層厚度約是20.0μm,與失重法估算的樣品平均腐蝕深度1.31μm、6.04μm和10.21μm保持在同一個數(shù)量級。在腐蝕過程中鋰吸附在316L不銹鋼管焊縫表面并形成，通過反應(yīng)擴散機理使與樣品焊縫區(qū)表層的合金元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳化物，并沉積在焊縫表面,這些腐蝕產(chǎn)物堆積會減緩樣品的腐蝕，當(dāng)與腐蝕形成的碳化物發(fā)生反應(yīng)使其溶解于液態(tài)鋰中,鋰將與焊縫更深層區(qū)域的合金元素進行質(zhì)量交換,氫元素雜質(zhì)間接加速了316L不銹鋼管焊縫在液態(tài)鋰中的腐蝕。隨著腐蝕的進行,焊縫表面的合金元素被溶解進入液態(tài)鋰中,同時也被耦合滲透進入焊縫表層。

  下圖表示腐蝕溫度為450℃、560℃和720℃的樣品表面的維氏硬度變化情況。腐蝕焊縫區(qū)維氏硬度分別約為HV114.05、HV98.52和HV91.65。母材區(qū)的維氏硬度分別約為HV125.68、HV111.81和HV105.81。分析發(fā)現(xiàn)腐蝕溫度越高,316L不銹鋼管樣品表面的維氏硬度值越低,說明樣品表面的腐蝕越嚴(yán)重。在相同腐蝕溫度條件下,樣品的焊縫區(qū)的硬度值均小于母材區(qū),說明焊縫區(qū)比母材區(qū)更易被腐蝕。同時也發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)的中心位置硬度最小(HV110.11、HV93.51、HV84.95),這是因為樣品自熔焊接工藝所致。奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體,保持著γ-Fe的面心立方晶格結(jié)構(gòu)。但316L不銹鋼管在含氫雜質(zhì)的液態(tài)鋰中高溫腐蝕過程中發(fā)生相變(γ-Fe→Fe3C+α-Fe)。鐵素體是碳溶解在α-Fe的固溶體,它屬于體心立方晶格。在高溫腐蝕過程中樣品表面的部分碳將以碳化物的形式被溶解進入液態(tài)鋰中,導(dǎo)致樣品表面的強度和硬度明顯降低。

  在450℃、560℃和720℃的腐蝕溫度下,帶焊縫的316L不銹鋼管樣品的平均腐蝕速率分別為2.38、1.10和1.86,等價的平均腐蝕深度分別為1.31μm、6.04μm和10.21μm。結(jié)合SEM/EDS和XRD分析了450℃、560℃和720℃腐蝕焊縫表面形貌和成分變化,在對應(yīng)焊縫表面分別發(fā)現(xiàn)了晶界腐蝕、大量致密的尺寸為1~2μm的碳化物和少量尺寸為10~20μm的“類尖晶石”結(jié)構(gòu)的碳化物,僅在720℃的腐蝕焊縫截面發(fā)現(xiàn)了明顯的腐蝕相變層。碳化物顆粒數(shù)量減少的原因可能是雜質(zhì)H與腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物溶解在液態(tài)鋰中或清洗時被沖洗掉。腐蝕溫度為450℃、560℃和720℃時,焊縫區(qū)的平均維氏硬度分別為HV114.05、HV98.52和HV91.65。316L不銹鋼母材區(qū)的平均維氏硬度分別為HV125.68、HV111.81和HV105.81。在相同腐蝕條件下,316L不銹鋼樣品的焊縫區(qū)的硬度值均小于母材區(qū),焊縫區(qū)比母材區(qū)更易被腐蝕,腐蝕過程中樣品焊縫區(qū)的力學(xué)性能明顯下降。