壓力容器用管法蘭焊縫熱影響區(qū)開裂失效分析鑒于壓力容器不能正常工作，對主要影響因素管法蘭進(jìn)行追蹤，并對開裂管法蘭進(jìn)行失效分析。通過對法蘭試件的觀察與分析認(rèn)為，法蘭裂紋的斷裂模式為脆性延遲斷裂，機(jī)理為應(yīng)力腐蝕，發(fā)生應(yīng)力腐蝕的原因應(yīng)是由于焊縫熱影響區(qū)組織存在沿晶分布的網(wǎng)狀碳化物，導(dǎo)致材料耐晶間腐蝕能力下降所致。網(wǎng)狀碳化物的形成應(yīng)與焊接工藝控制有關(guān)。對一件開裂法蘭進(jìn)行失效分析。法蘭（標(biāo)準(zhǔn)為JB84.1-94）及接管所用材料均為0Cr18Ni9（固溶態(tài)），二者通過氬弧焊進(jìn)行焊接，法蘭使用地點(diǎn)為沿海地區(qū)，安裝后共經(jīng)歷3次0.6MPa氮?dú)鈮毫υ囼?yàn)，第4次升壓至0.3MPa時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏。01宏觀觀察法蘭及部分接管宏觀形貌見圖1，試件整體未見變形及損傷痕跡，法蘭及接管外表面大部分區(qū)域存在明顯的腐蝕痕跡，內(nèi)表面未見明顯腐蝕痕跡。法蘭距焊縫約6.5mm處的變截面根部存在兩條呈180°對稱的周向穿透性裂紋（編為1#、2#），1#裂紋外表面長約1/2周長，內(nèi)表面長約1/6周長，2#裂紋內(nèi)、外表面長度均約為1/6周長，兩裂紋均呈鋸齒狀，裂紋區(qū)域可見腐蝕痕跡，未見損傷痕跡，見圖2。

外表面

內(nèi)表面

圖1法蘭及部分接管宏觀形貌

圖2裂紋宏觀形貌

采用機(jī)械方法將2#裂紋打開對斷口進(jìn)行觀察：斷口粗糙，大部分?jǐn)嗝娉拾岛谏?、存在明顯的腐蝕痕跡；斷口源區(qū)位于外表面，為線源起裂，靠近內(nèi)表面局部區(qū)域斷面有金屬光澤，應(yīng)為人工斷口，見圖3。

圖3裂紋斷口宏觀形貌

02微觀觀察及能譜分析掃描電鏡下觀察，斷口源區(qū)及擴(kuò)展區(qū)微觀均呈“泥紋”狀腐蝕+沿晶形貌，可見沿晶二次裂紋，晶面上存在腐蝕痕跡及微孔；能譜分析，斷面除基體元素外還含有較高的O元素及腐蝕性介質(zhì)S、Cl元素，見圖4。

（a）低倍形貌（b）腐蝕+沿晶形貌

（c）沿晶放大形貌（d）斷面能譜分析圖

圖4斷口微觀形貌及能譜分析圖03金相分析及顯微硬度測試

從開裂區(qū)域截取部分試樣進(jìn)行金相分析及顯微硬度測試，結(jié)果如下：

3.1接管基材及法蘭基材均為奧氏體組織，其中法蘭晶界上存在斷續(xù)分布的碳化物；焊縫為枝晶組織，未見明顯的焊接缺陷。

3.2裂紋位于法蘭一側(cè)焊縫熱影響區(qū)，裂紋兩側(cè)存在沿晶分叉裂紋；法蘭熱影響區(qū)組織可見沿晶分布的網(wǎng)狀碳化物，接管熱影響區(qū)組織晶界上也存在碳化物，但數(shù)量相對較少，尚未呈網(wǎng)狀分布，見圖5。3.3對金相試樣進(jìn)行顯微硬度測試，測試結(jié)果見表1。表1顯微硬度測試結(jié)果（HV0.2）

123平均法蘭基材275288262275法蘭熱影響區(qū)255251257254焊縫中心184170180178接管熱影響區(qū)190201196196接管基材17316416416704化學(xué)成分分析對法蘭及接管材料分別進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。測試結(jié)果表明二者材料成分均與0Cr18Ni9牌號相符，其中法蘭材料C元素含量處在標(biāo)準(zhǔn)上限。表2化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

CSPCrNiMnSi法蘭0.080.0250.01917.207.970.770.38接管0.060.0020.02717.658.030.860.47JB4728-2000Ⅱ級鍛件≤0.07±0.01≤0.030≤0.03517.00～19.008.00～11.00±0.1≤2.00≤1.00注：成分偏差要求依據(jù)GB222-84。05分析討論

化學(xué)成分分析結(jié)果表明，法蘭及接管所用材料成分均與0Cr18Ni9牌號相符，其中法蘭材料C元素含量處在標(biāo)準(zhǔn)上限。

法蘭焊縫附近變截面根部存在兩條穿透性周向裂紋，裂紋呈鋸齒狀，裂紋區(qū)域存在明顯的腐蝕痕跡；裂紋斷口存在明顯的腐蝕痕跡，源區(qū)位于外表面，為線源起裂，源區(qū)及擴(kuò)展區(qū)微觀均呈腐蝕+沿晶形貌，可見沿晶二次裂紋，晶面存在腐蝕痕跡及微孔，能譜分析含有腐蝕性介質(zhì)S、Cl元素，根據(jù)以上斷口形貌特征判斷，法蘭裂紋的斷裂模式為脆性延遲斷裂，機(jī)理為應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是金屬材料在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的破壞過程，具有延遲破壞特征；法蘭外表面大部分區(qū)域存在明顯的腐蝕痕跡，腐蝕產(chǎn)物中含有腐蝕性介質(zhì)S、Cl元素，表明法蘭使用環(huán)境中存在較強(qiáng)的腐蝕氣氛，法蘭斷裂位置位于變截面處環(huán)焊縫熱影響區(qū)內(nèi)，該區(qū)域?yàn)閼?yīng)力集中區(qū)，可能存在殘余拉應(yīng)力，具備腐蝕及應(yīng)力腐蝕發(fā)生的必要條件。

金相分析結(jié)果表明，裂紋所在的熱影響區(qū)組織存在沿晶分布的網(wǎng)狀碳化物，從而使晶界弱化、材料承載能力降低；大量碳化物的析出造成晶界Cr含量降低，貧Cr區(qū)的電極電位比晶體內(nèi)低，在腐蝕介質(zhì)的作用下，電極電位低的晶界成為陽極而被腐蝕，導(dǎo)致材料的耐晶間腐蝕能力下降[1]，從而易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞。網(wǎng)狀碳化物的形成應(yīng)是由于焊接過程中在敏化溫度區(qū)間停留時(shí)間過長所致。

06結(jié)束語

通過對法蘭試件