316L奧氏體不銹鋼堿液儲罐開裂失效分析
1理化檢驗
泄漏儲罐由筒體和橢圓封頭焊接而成,封頭可分為直邊段與彎曲段,如圖1a)所示。外壁貫穿裂紋位于封頭直邊段,裂紋上尖端距熔合線約8mm,下尖端距熔合線約13mm,裂紋總長度約為5mm。

1.2化學成分分析
1.3金相檢驗
1.4硬度測試
1.5裂紋形貌分析
在儲罐內壁,對A類和B類裂紋表面進行取樣分析,取樣位置如圖4所示。試樣經弧面削平、拋光及侵蝕后,用光學顯微鏡進行觀察,微觀形貌如圖5所示,可見兩類裂紋在表面均沿晶擴展。
1.5.2裂紋截面分析
為了進一步分析A類裂紋在儲罐內壁的起源位置,沿同一條裂紋長度方向,在中心位置及兩側解剖并測其深度,結果如圖8所示。裂紋中間部位沿壁厚方向擴展深度最深,這表明A類裂紋的起源位置為裂紋長度方向的中部,由內壁表面向兩側擴展。
采用殘余應力分析儀,以焊縫為分界,分別對筒體、封頭進行殘余應力測試,每個位置均測試0(平行于焊縫方向)和90(垂直于焊縫方向)兩個方向,測試結果如圖9所示。筒體側0方向和90方向殘余拉應力區分別在距焊縫中心線約20,12mm處;封頭側0方向和90方向的殘余拉應力區分別在距焊縫中心線約17,15mm處。A類裂紋、B類裂紋均位于殘余拉應力區。
A類裂紋和B類裂紋均位于儲罐的殘余拉應力區,均沿壁厚方向由內壁向外壁沿晶擴展。A類裂紋起源于封頭母材區,在表面垂直于焊縫向兩側擴展;B類裂紋位于焊縫兩側的熱影響區,在表面平行于焊縫擴展。封頭的制造工藝為冷沖壓成型,封頭直邊段是由原板料邊緣向內“翻邊”而成,會產生較大的塑性變形和殘余拉應力。在原始冷加工殘余應力,溫度為6570℃,及KOH堿液服役條件的長期作用下,產生了垂直于焊縫的沿晶應力腐蝕開裂。由于熱影響區焊接后奧氏體晶粒的回復及再結晶,原始殘余應力基本消失。由于奧氏體晶粒的冷卻收縮,熱影響區產生了焊接殘余拉應力,該殘余應力以垂直于焊縫為主,在溫度為6570℃,KOH堿液服役條件的長期作用下產生了平行于焊縫的沿晶應力腐蝕開裂。
3結論與建議
(2)控制焊接熱輸入,降低焊接殘余應力,以避免環向裂紋;封頭冷成型后增加去應力處理工藝,降低冷加工殘余應力,以避免軸向裂紋。

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