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奥氏体不锈钢管在柴油介质中的失效分析 

发布时间:2020-05-25

为了找出柴油加氢装置中一段壁厚2mm、直径14mm的S31668(316)不锈钢压力管泄漏的原因,对开裂的不锈钢管进行了试验和分析。结果表明,不锈钢管泄漏的主要原因是柴油中硫和氯含量高,工作温度正好在应力腐蚀敏感温度范围内,导致不锈钢管由内向外发生应力腐蚀开裂。此外,绝缘层中的氯离子吸取空气中的水分形成腐蚀介质,导致应力腐蚀裂纹从外向内扩展。腐蚀介质和内外壁应力的双重作用导致不锈钢管开裂。

某石化企业柴油加氢装置奥氏体不锈钢压力管道在运行过程中多次泄漏。经过补焊和补焊处理后,焊接件仍经常发生泄漏,新零件也出现泄漏。管道内介质为柴油,工作压力为9.0兆帕,工作温度约为60。不锈钢管的外部设有保温层。发生泄漏事故时,不锈钢管投入使用还不到两年。笔者分别对不锈钢管道的泄漏和非泄漏部位进行了取样分析,并对不锈钢管道泄漏的原因进行了探讨。

1测试和分析

1.1宏观检查

截取泄漏的不锈钢管1200毫米,直径14毫米,壁厚2毫米。显示补焊后的宏观形貌如图1。可以看出,补焊区涂层没有被清除,具有表面孔隙,并且具有不良的焊接形成。外壁上有腐蚀产物、锈斑和划痕。内壁上有浅黑色腐蚀产物斑点。不锈钢管外壁的渗透试验表明,表面有一条开口裂纹。

1.2化学成分

用德国光谱实验室直读光谱仪对不锈钢管材料进行了分析。结果如表1所示。可见,不锈钢管的化学成分符合GB/T14976-2012对S31668(316)不锈钢的要求。

1.3机械性能

样品取自不锈钢管的完整部分,用于常温拉伸试验。结果如表2所示。不锈钢管规定的塑性拉伸强度、拉伸强度和断裂后伸长率均满足GB/T14976-2012对S31668的要求。

1.4铁氧体测量

铁氧体含量的测定结果如表3所示(测量6组数据,取最大值和平均值)。补焊区铁素体含量的平均值为3.75%。不锈钢管的补焊区铁素体含量明显高于热影响区和基体。补焊区铁素体含量的增加降低了材料的耐腐蚀性。

1.5 金相检查

来自金相, 补焊区的样品1的结构为奥氏体铁素体(图3),裂纹从外壁延伸到内壁,裂纹在补焊区。裂纹发生在补焊区地区,表明补焊对不锈钢管没有修复作用。

不锈钢管裂纹附近的金相样品2的未腐蚀形貌如图4表明有从内壁向外壁延伸的分支。

像裂缝一样。蚀刻后的金相结构如图5表明,金相结构为奥氏体结构,含少量铁素体,裂纹贯穿整个截面,具有更明显的穿晶形貌,具有典型的应力腐蚀开裂特征。

1.6断裂扫描和能谱分析

内壁如图6的腐蚀形态表明,由于介质的作用,存在均匀腐蚀、点腐蚀、沟不锈钢无缝管槽腐蚀和微裂纹形态。外壁如图7的外观表明宏观划痕处有大量腐蚀产物。

显示了裂纹张开后金相样品2的宏观形态如图8a。近内壁区呈现出典型的应力腐蚀开裂的河流模式(图8b);中间区长着羽毛(图8c);近外壁区,有一个酒窝,那就是断裂区,

能谱分析结果表明内壁存在硫和氯。内壁附近断口中硫和氯的含量很高,分别达到13.4%和2.29%。外壁中硫和氯的含量在内壁和内壁附近的裂缝之间。能谱分析表明,裂纹主要是由内向外扩展的氯应力腐蚀裂纹,也有由外向内扩展的应力腐蚀裂纹。

2分析结果的讨论

众所周知,不锈钢的应力腐蚀需要三个基本条件,即敏感合金(材料因素)、特定介质(环境因素)和拉伸应力(机械因素)[1]。

不锈钢管材质为S31668(316),相当于中国的奥氏体不锈钢。温州不锈钢管根据化学成分分析,不锈钢管所选材料的化学成分符合S31668(316)的要求,为氯化物和硫化物敏感的合金材料。导致铬镍奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质很多。一般来说,氯化物影响最大。硫化氢水溶液和多硫酸也是应力腐蚀介质[2,3]。不锈钢管介质(柴油)含有大量氯化物和硫化物,符合不锈钢腐蚀的特定介质(环境因素);不锈钢管的外壁上有一层绝缘层,其中含有某些氯化物。绝缘层损坏后,吸取空气中的水分形成腐蚀介质,这也符合不锈钢腐蚀的特定介质(环境因素)。不锈钢管道的工作压力为9.0兆帕,承受环向拉应力,符合不锈钢的腐蚀力学性能。

根据金相,的显微观察,裂纹贯穿管道的整个壁面,并沿厚度方向由内向外延伸,呈树枝状,有主干和分支。裂纹主要穿过晶体。补焊区地区也出现了沿厚度方向由外向内延伸的裂缝。


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