氢气环境下2205双相不锈钢的氢致开裂研究

为了研究氢气环境下双相不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响规律,建立氢气环境下双相不锈钢疲劳应变组织演化—氢致开裂之间的关联机制,在5 MPa氢气和5 MPa氮气2种环境中对2205双相不锈钢试样进行了慢应变速率拉伸和疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：在氢气环境下,2205双相不锈钢在慢应变速率拉伸过程中的氢脆敏感性不高,而在疲劳过程中氢脆现象显著,5 MPa氢气环境下2205双相不锈钢的疲劳裂纹扩展速率比氮气环境中的快18倍;氢气能够促进2205双向不锈钢疲劳裂纹尖端周围组织的局部塑性变形,并进一步导致氢致开裂。在氢气环境下2205双相不锈钢疲劳变形过程中,不同的相结构其氢致开裂机理也不同,铁素体相容易形成河流状花样断口形貌(解理断口),而奥氏体相断口形貌多呈现平行的滑移带特征,奥氏体相在铁素体相的解理开裂过程中对裂纹具有阻碍作用。     

空气和腐蚀环境下双相不锈钢SAF2507的疲劳性能

对超级双相不锈钢SAF2507分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行旋转弯曲疲劳实验,研究两种介质下SAF2507不锈钢的疲劳性能。结果表明:宏观上,双相不锈钢SAF2507在3.5%NaCl腐蚀环境中的疲劳强度较空气中的下降幅度小,为空气下的90%。但微观上,空气中疲劳断口表现为韧性断裂,在铁素体和奥氏体相上呈现大量疲劳辉纹;腐蚀环境下,奥氏体为韧性断裂,而铁素体呈现解理断裂模式。两相上疲劳辉纹的宽度和间距随着晶粒位向及二次裂纹的开裂而不同。在奥氏体-铁素体双相不锈钢的疲劳断口中,不能根据疲劳辉纹的间距进行相的鉴别。     

核电主管道不锈钢在高温高压水环境下的疲劳裂纹萌生行为

利用腐蚀疲劳测试系统研究了高温高压水环境下两种压水堆核电站一回路主管道用不锈钢的腐蚀疲劳裂纹萌生行为。结果表明,316LN奥氏体不锈钢的裂纹主要在材料表面的驻留滑移带处萌生,少量裂纹在两簇驻留滑移带交界的亚晶界面处。含有少量铁素体的Z3CN20.09M奥氏体不锈钢的疲劳裂纹依次在试样表面的驻留滑移带处、相界处和点蚀坑处萌生,但主要是在驻留滑移带处。通过研究高温高压水环境下氧化膜的组成和腐蚀疲劳试样横截面的形貌,分析了疲劳裂纹在滑移带处萌生的机理。最后对比分析两种不锈钢裂纹萌生机制的异同,并讨论了铁素体对材料腐蚀疲劳性能的影响。     

消化-澄清器开裂分析

某304L奥氏体不锈钢消化-澄清器在试运行不久后即出现筒体开裂,发生泄漏事故。采用金相检验、扫描电镜及能谱分析等方法对开裂部位进行了分析。结果表明:消化-澄清器筒体开裂是由于蒸汽接管的振动,使器壁承受弯曲交变载荷;在交变载荷的作用下,消化-澄清器内、外壁萌生疲劳裂纹,疲劳裂纹不断扩展最终导致消化-澄清器发生疲劳开裂。     

发动机增压器回油管钎焊缝开裂失效分析

某型发动机增压器304不锈钢回油管在与法兰钎焊部位出现了批量开裂失效现象。采用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析、金相分析及硬度测试等方法对开裂件进行了失效分析。结果表明:回油管钎焊缝开裂为高周疲劳开裂,钎焊时出现了铜钎料对304不锈钢母材的熔蚀,疲劳裂纹正是起源于这一钎焊缝熔蚀部位;同时钎焊工艺不当导致的母材基体奥氏体晶粒粗大、大量碳化物沿晶界连续析出和不锈钢基体硬度偏低等因素促进了疲劳裂纹的产生与扩展。     

炼油厂制氢装置奥氏体不锈钢变径管的应力腐蚀破坏

对炼油厂制氢装置低温段奥氏体不锈钢的变径管所出现的破裂失效原因进行了分析.结果表明变径管失效是应力腐蚀引起的.应力腐蚀裂纹起源于变径管焊缝内表面热影响区,变径管加工过程中所形成的不均匀粗大组织是促进应力腐蚀的主要原因.     

奥氏体不锈钢的高温低周疲劳亚临界裂纹传播特性和断口形貌

本文用测定疲劳辉纹平均间距的定量断口金相分析法,分析、研究了在高温低周条件下奥氏体不锈钢的亚临界裂纹扩展速率与裂纹长度的关系和温度、晶粒度、介质等因素对亚临界裂纹扩展速率的影响、并介绍了疲劳裂纹扩展各阶段的断口形貌特征。     

316L不锈钢焊接接头高温低周期疲劳显微结构变化和断裂特征

本研究对316L奥氏体不锈钢母材和焊缝分别进行高温低周疲劳试验,对试样的微观结构和裂纹扩展形貌进行观察,分析母材和焊缝在高温低周疲劳循环应力响应下的位错结构和损伤机制。结果表明,316L奥氏体不锈钢母材在试验过程中由于位错增殖和位错湮灭导致发生循环硬化和循环稳定,在焊缝中由于位错湮灭导致发生循环软化。母材和焊缝在连续低周疲劳试验中裂纹主要以穿晶方式扩展,焊接接头处孔洞的连接是最终导致焊接接头疲劳断裂的主要机制。     

特种设备用双相不锈钢抗点蚀性能研究

点蚀是不锈钢最有害的腐蚀形态之一,点蚀往往是应力腐蚀裂纹和腐蚀疲劳裂纹的起始部位。点蚀是一种腐蚀集中于表面的很小范围内,并深入到金属内部的腐蚀形态,一般形状为小孔状,其危害性比均匀腐蚀严重得多,会引起爆炸、火灾等事故。双相不锈钢兼有铁素体和奥氏体的特性,它将铁素体良好的强度、硬度和奥氏体优良的塑性和韧性结合起来,并具有优良的耐点蚀性能,无论是在力学性能上还是在耐腐蚀性上,双相不锈钢都明显优于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢,可以在点蚀环境中的特种设备上广泛使用。     

2205双相不锈钢高周疲劳诱发的相变行为

目前,对2205双相不锈钢(2205DSS)在疲劳载荷下的相结构演变还缺乏报道。对2205DSS双相不锈钢进行了高周疲劳试验,采用面积统计法测定了铁素体、奥氏体及其两相比,研究了应力幅值和循环周次对铁素体高周疲劳的影响,分析了疲劳诱发的相变机理,探讨了高周疲劳对2205DSS相变行为的影响。结果表明:随着应力幅值和循环周次的增加,2205DSS双相不锈钢中奥氏体逐渐减少,铁素体及其与奥氏体的比逐渐增加;两相具有不协调变形能力,循环载荷在相界处产生局部应力集中以及累积应变能增加,是促进碳原子发生上坡扩散并诱发界面向奥氏体方向移动的原因。     

加工硬化对304不锈钢应力腐蚀裂纹裂尖力学性能的影响

压力管道中应力腐蚀开裂(SCC)是奥氏体不锈钢的主要失效形式之一,同时冷加工变形对材料的力学性能和裂纹的萌生及扩展会产生一定影响。本工作首先利用疲劳拉伸机获取304不锈钢不同冷加工硬化下的材料本构参数,同时利用有限元仿真软件ABAQUS建立了SCC裂纹裂尖宏观分析模型及子模型,研究不同加工硬化下304奥氏体不锈钢材料的SCC裂纹裂尖应力应变、J积分及裂纹扩展速率的影响。结果表明,材料在20%冷加工率变形内,随着材料加工硬化程度的增加,SCC裂纹裂尖Mises应力、J积分逐渐增大,裂纹裂尖应变(PEEQ)减小,一定程度加工硬化会促进和加速304不锈钢发生应力腐蚀开裂。     

蒸汽过热器管断裂失效分析

某奥氏体不锈钢制蒸汽过热器管在加碱煮炉过程中发生断裂。采用力学性能测定、宏微观检验及能谱分析,对该断裂管进行了分析研究。结果表明,蒸汽过热管断裂失效是由碱脆造成的。     

再沸器疲劳失效分析

在奥氏体不锈钢制再沸器的上管板与壳程筒体焊接的管板一侧发生蒸气泄漏.采用化学成分分析、力学性能测定、宏、微观检验、有限元应力计算及振动测试等方法对再沸器的材料、加工工艺和工作状况进行了综合分析.结果表明,管板材料性能较差,在制造该再沸器过程中受焊接热循环和较高应力水平的影响,造成在热影响区形成微裂纹,进而又在工作介质和应力的作用下在该区域发生疲劳损伤而形成宏、微观裂纹致蒸气泄漏.提出了预防和改进措施.     

油管镀Ni-Fe-W合金层的耐疲劳和耐蚀性能

目前,不同腐蚀环境中油管选用Ni-Fe-W合金镀层时存在一定的盲目性。对QT-900油管电镀Ni-Fe-W合金,模拟某油田腐蚀环境,通过疲劳试验、高温高压腐蚀试验以及金相显微镜、SEM、EDS等分析手段,研究了Ni-Fe-W镀层对QT-900油管的耐疲劳及耐CO2酸性腐蚀的影响。结果表明:Ni-Fe-W合金镀层具有良好的耐CO2酸性腐蚀性能,其均匀腐蚀速率较低,且随CO2分压增加变化不大;Ni-Fe-W合金镀层显著提高了油管的疲劳寿命;疲劳失效的Ni-Fe-W合金镀层油管,裂纹均起源于表面镀层,贯穿镀层扩展至基体,刺口附近裂纹较为密集,距刺口350 mm处裂纹较为稀疏。     

流量计导压管断裂失效分析

某化工厂工艺管线上的316不锈钢材质的孔板流量计导压管断裂,导致介质泄漏发生火灾。为查明其失效原因,对断裂的仪表管进行成分、硬度、金相、断口形貌和腐蚀产物分析,确认仪表管发生断裂的原因是在安装应力、震动和环境中Cl元素的共同作用下,先发生了应力腐蚀形成裂纹源,裂纹达到门槛值后又以疲劳形式扩展,最终导致开裂。     

双金属层合板垂直界面裂纹疲劳的扩展过程

采用四点弯曲加载方式进行奥氏体不锈钢／低碳锅炉钢双金属层合板垂直界面裂纹的疲劳扩展实验，研究了组元强度配合、爆炸焊接影响的区域性能（晶粒大小、形变强化、界面脱粘、独立塑性区等）对裂纹扩展行为的影响，以及垂直界面裂纹疲劳扩展的不同过程及其所对应的扩展机制．结果表明：由于强度错配，裂纹起始于高强度材料一倜时其疲劳扩展速率提高，而起始于低强度材料一倜时其疲劳扩展速率降低；当裂纹尖端接近界面时，界面区域的存在对上述两种情况下疲劳裂纹的扩展均起到了一定的屏蔽减速作用．     

F304不锈钢阀门卸压杆断裂原因分析

通过宏观检验、金相检验和断口分析等方法,对F304不锈钢截止阀卸压杆断裂的原因进行了分析。结果表明:卸压杆发生了应力腐蚀开裂,裂纹起源于杆中心孔内壁并向材料中扩展;开裂的原因是卸压杆冷加工成形后未进行高温固溶处理,奥氏体不锈钢中存在大量形变诱发马氏体组织,同时天然气中存在硫等腐蚀性物质,导致氢脆型应力腐蚀,最终造成卸压杆断裂。     

热处理工艺对50CrVA高强弹簧钢超高周疲劳损伤机制的影响

研究了50CrVA高强弹簧钢在不同热处理状态下(淬火+中温回火和退火)的超高周疲劳破坏行为及其裂纹萌生机理。结果表明,50CrVA高强弹簧钢在107~109循环周次内发生疲劳破坏,两种热处理状态的S-N曲线下降形态不同,均未出现疲劳极限。热处理工艺改变50CrVA的微观组织,从而影响超高周疲劳阶段(寿命107周次)的疲劳破坏损伤机制:经淬火+中温回火处理材料破坏多起源于内部夹杂物,夹杂物周围存在的应力场与溶质原子发生弹性交互作用,吸引间隙原子向其周边扩散、富集,使间隙原子富集区材料性能下降,导致裂纹在内部夹杂物处萌生;退火热处理后材料微观组织对间隙原子向材料内部夹杂物扩散起到阻碍作用,所以超高周疲劳裂纹易于在材料表面萌生。     

小型锅炉锅筒开裂原因分析

采用化学成分分析,宏、微观组织检验,断口观察和腐蚀产物分析等方法对SUS304奥氏体不锈钢锅炉的锅筒开裂进行了分析。结果表明,环境中存在硫和氯等元素,造成在锅筒板与顶盖的焊接处发生腐蚀而形成腐蚀坑并萌生裂纹,在各种应力作用下裂纹不断扩展,最终导致开裂。     

DN50不锈钢波纹软管开裂失效分析

通过宏观检验、扫描电镜观察以及X射线能谱分析等手段,对某304奥氏体不锈钢DN50波纹软管开裂原因进行了分析。结果表明:软管开裂是由于腐蚀疲劳所致,软管的管壁内、外表面在腐蚀介质和外界应力的综合作用下产生沿晶微裂纹和蜂窝状腐蚀形貌,并受到交变应力作用,因而发生双向多源疲劳开裂失效。