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管线管用超级13Cr钢的应力腐蚀开裂问题对策

发布时间:14-12-15 14:36 - 浏览次数:

      由于管线管用超级13Cr钢的耐蚀性、焊接施工性和生命周期成本的优越性使其需求量不断增加,但在2000年前后发现这种钢在使用温度附近的高温下焊接热影响区(HAZ)存在着应力腐蚀开裂敏感性的问题。

开裂以管子内面HAZ形成的高温氧化皮下面生成的晶界Cr缺乏区为起源。可以认为这种Cr缺乏会使Cr的选择氧化和晶界中Cr的扩散重叠。虽然焊接施工时会形成氧化皮,但Cr会被氧化皮包裹,并在表面形成脱Cr层。尤其是,在原始奥氏体晶界中,由于Cr的扩散快,因此它容易成为开裂的起源。另一方面,当实施PWHT时,利用Cr的扩散,可以对表面晶界附近形成的Cr缺乏层进行弥补,消除Cr缺乏区域。由此可知,PWHT可以消灭开裂的产生源。对这一机理进行整理后,在采用机械方式清除焊接表层部氧化皮的4点弯曲应力腐蚀开裂试验中没有观察到IGSCC。
关于开裂的扩展路径,新日铁公司对高温HAZ区的两种现象产生机理进行了研究。它是根据有无添加Ti进行整理的。
首先,可以推测在没有添加Ti的超级13Cr钢中,焊接时在原始奥氏体晶界中会形成Cr缺乏区。该Cr缺乏区受到高温热循环后,固溶的C在后续的焊接热循环中会以碳化物的形式在原始奥氏体晶界中析出,并在晶界的析出物附近形成Cr缺乏区,从而使IGSCC敏感性增大。为证明这种现象,有的研究论文指出,减少材料中的C量和添加Ti,可以降低IGSCC敏感性。
另一方面,关于添加Ti的超级13Cr钢,虽然没有发现碳化物的析出,但与没有添加Ti的超级13Cr钢相比,由于开裂的形态也不同,因此可以认为焊接后晶界偏析的游离P会降低IGSCC敏感性。即,PWHT可以促进Mo向原始奥氏体晶界的扩散,形成P含量高的莱维氏相或其它Mo富化相。增加原始晶界中的Mo可以提高耐蚀性,但游离的P会被莱维氏相包裹。由此可以恢复耐蚀性。
根据以上结果可知,施工后采取适当的焊后热处理(PWHT),可以减小开裂的发生,缩小开裂的扩展路径,同时降低开裂发生的敏感性


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