奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕原因及預(yù)防措施研究

胡少波

摘? ?要：奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕的現(xiàn)象，會(huì)使壓力容器的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)早期失效等問(wèn)題，從而導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故，嚴(yán)重影響壓力容器正常運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。文章在闡述奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕成因的基礎(chǔ)上，著重分析其預(yù)防及處理對(duì)策，以作參考。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼;壓力容器;晶間腐蝕;預(yù)防措施

我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)體制建設(shè)推動(dòng)下飛速發(fā)展，不銹鋼制品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制藥、石油等相關(guān)行業(yè)，并促進(jìn)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但現(xiàn)階段多數(shù)企業(yè)對(duì)不銹鋼材質(zhì)的認(rèn)知仍有待完善，不當(dāng)?shù)氖褂梅绞綄?dǎo)致安全生產(chǎn)事故頻發(fā)。奧氏體不銹鋼壓力容器在使用期間發(fā)生晶間腐蝕的情況，會(huì)增加企業(yè)的投資成本，并降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。合理處理奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕現(xiàn)象，是提升其安全性能的重要手段，可以使其應(yīng)用價(jià)值得到充分發(fā)揮，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1? ? 奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕的成因

在常溫條件下，奧氏體不銹鋼的溶解性相對(duì)較小，而其中碳元素的含量卻大大增加，高于平均值的數(shù)倍不止。奧氏體不銹鋼具備耐腐蝕特性的基本支持是其中蘊(yùn)含著豐富的鉻、鎳等元素，能夠增強(qiáng)金屬電極電位的屬性[1]。不銹鋼在一般情況下不會(huì)由自身形成晶間腐蝕，但不銹鋼在經(jīng)由固溶處理后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，促使形成單一奧氏體組織，再經(jīng)過(guò)焊接、熱成型等工藝的處理，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部呈現(xiàn)過(guò)飽和的現(xiàn)象，最終致使碳元素析出。析出的碳元素不再以單質(zhì)的形式呈現(xiàn)，而是形成碳鉻化合物，這就使得不銹鋼在晶界內(nèi)部的鉻元素會(huì)大幅度減少，形成部分區(qū)域貧鉻的現(xiàn)象，研究人員將這一區(qū)域稱(chēng)之為貧鉻區(qū)域。在進(jìn)行加熱處理后，晶體內(nèi)部原區(qū)域的鉻原子無(wú)法擴(kuò)散至貧鉻區(qū)域進(jìn)行鉻原子的平均分配。當(dāng)具有腐蝕不銹鋼晶間能力的介質(zhì)接觸貧鉻區(qū)域時(shí)，其溶解速度會(huì)有所提升，導(dǎo)致各區(qū)域晶粒的腐蝕本質(zhì)由鈍化腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨g，最終產(chǎn)生晶間腐蝕問(wèn)題。晶間腐蝕不會(huì)影響不銹鋼金屬表面的光澤，但會(huì)降低晶粒間的作用力，在冷彎的條件下，不銹鋼金屬表面會(huì)形成裂縫，破壞壓力容器的正常功能，從而導(dǎo)致壓力容器無(wú)法正常運(yùn)行。晶界貧鉻區(qū)域形成如圖1所示。

2? ? 奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕的預(yù)防與處理對(duì)策

2.1? 不銹鋼采用超低碳材質(zhì)

奧氏體不銹鋼形成晶間腐蝕的根本原因即為碳元素的析出。在進(jìn)行鋼材的選取時(shí)，應(yīng)選擇超低碳材料，由于含碳量低，析出的碳元素較少，貧鉻的發(fā)生率也會(huì)降低[2]。目前，超低碳不銹鋼應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)十分普遍，鋼材中蘊(yùn)含的碳元素質(zhì)量越低，技術(shù)水平的需求質(zhì)量越高。

2.2? 熱工藝處理后的固溶處理

進(jìn)行過(guò)高溫處理的鋼材在進(jìn)行保溫處理時(shí)，其冷卻速度會(huì)加快。高溫環(huán)境中，碳化鉻化合物能夠充分溶解，冷卻后會(huì)形成奧氏體鎳鉻合金單一物質(zhì)，從而消除貧鉻區(qū)域。

2.3? 進(jìn)行穩(wěn)定化處理

當(dāng)不銹鋼內(nèi)部含有鎳、鈦等成分時(shí)，完全溶解鋼材中的碳鉻化合物需要在指定的870 ℃高溫下加熱處理，但這樣的處理方式無(wú)法完全溶解鋼材中的碳鈦化合物。相較于鉻元素的高穩(wěn)定性，碳元素具備更高的親和力。在進(jìn)行加熱處理期間，優(yōu)先產(chǎn)生碳化鈦、碳化鈮等化合物質(zhì)，但不會(huì)形成碳化鉻化合物，這樣可以有效防止貧鉻區(qū)域的形成，從而預(yù)防晶間腐蝕問(wèn)題。

2.4? 焊接期間減少輸入線能量

在進(jìn)行焊接處理期間，應(yīng)盡量減少輸入線能量，從而有效減少焊頭的敏感度。在實(shí)際進(jìn)行焊接處理期間，小線能量、大焊縫等部位均應(yīng)盡量減少輸入線能量，使加熱寬度達(dá)到限定值，從而使加熱區(qū)域能夠急速冷卻。與此同時(shí)，減少在敏感溫度區(qū)域的停留時(shí)間也是防止晶間腐蝕現(xiàn)象的有效方法。若處于允許的條件下，可以采用水冷卻的方法將停留時(shí)間降至最低。

2.5? 加強(qiáng)管控焊接工藝處理

首先，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整及優(yōu)化焊接技術(shù)所產(chǎn)生的化學(xué)成分，通過(guò)鈦元素等穩(wěn)定元素物質(zhì)的添加，防止碳化鉻化合物的形成。其次，需要將焊縫中的碳元素含量降低至合理范圍內(nèi)，從而有效防止碳鉻化合物的形成，進(jìn)而使不銹鋼晶間腐蝕問(wèn)題的發(fā)生率降低。最后，通過(guò)急速冷卻、快速焊接等技術(shù)手段，減少其在指定區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間，防止該區(qū)域溫度過(guò)熱。在進(jìn)行焊接作業(yè)期間，相鄰兩條焊縫會(huì)產(chǎn)生熱影響，基于此，應(yīng)將雙面焊縫和接觸腐蝕介質(zhì)的雙面焊接處理放至最后完成。與此同時(shí)，采用超低碳材質(zhì)的奧氏體不銹鋼產(chǎn)生淬硬現(xiàn)象的可能性基本為0[3]。在實(shí)際進(jìn)行焊接作業(yè)期間，可采用水冷卻或焊件下放置銅墊板的方式以提升整體的冷卻速度。再者，焊接工藝的選取也具有一定要求，可根據(jù)實(shí)際情況選用多道焊、短弧等工藝處理方式，降低不銹鋼晶間腐蝕的發(fā)生率。值得注意的是，焊接作業(yè)有指定的操作流程，需要嚴(yán)格按照焊接順序開(kāi)展工作，確保不重復(fù)、不混淆，使焊接效果達(dá)到最佳。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

奧氏體不銹鋼壓力容器晶間腐蝕使其安全運(yùn)行受到嚴(yán)重影響，需要通過(guò)選取超低碳材質(zhì)的不銹鋼制品以及合理的焊接工藝，嚴(yán)格把控焊接作業(yè)的全過(guò)程來(lái)確保奧氏體不銹鋼的焊接達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使晶間腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生率降至最低，從而從根本上提升奧氏體不銹鋼壓力容器運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]賈飛.奧氏體不銹鋼焊接中的晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)簡(jiǎn)述[J].機(jī)電信息，2017（21）：87-88.

[2]黃嘉琥.關(guān)于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)的各種標(biāo)準(zhǔn)中一些問(wèn)題的探討[J].壓力容器，2013（1）：54-59.

[3]侯天宇，李萍，陳雷，等.304奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性的非線性超聲表征[J].材料工程，2017（10）：73-75.