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不锈钢方管蠕变断口SEM分析

文章出处:联派不锈钢管有限公司 人气:发表时间:2018-09-17

(1)650℃较高应力试验条件下,低倍断口主要呈沿晶断裂,但由上述分析可知也有少部分穿晶断裂。晶界上可见拉裂后留下的析出相颗粒,沿晶断裂区域之间的断面有大量的撕裂岭,则说明不锈钢方管为延性沿晶断裂。在高倍视场中对其沿晶面观察发现,沿晶断裂面包含有细小韧窝,并且在部分韧窝底部仍可观察剑细小第二相质点。在较低应力试验时,虽经6094h长时高温蠕变,蠕变断口(3.9b)也可观察到类似特征,不同的是沿晶面上的第二相质点析出量增多,尺寸略变大。同时,图3.9b中观察到由晶界夹杂物脱落留下的较大空洞,其尺寸约为13.3pm(箭头1)

相对于图3.9ab而言,图3.9cd也表现出沿品断裂特征,但沿晶断裂区域之间的断面撕裂岭明显减少,断口呈现较清晰地晶粒状轮廓,在图3.9c中偶然观察到晶界夹杂物破碎留下的断裂痕迹(箭头2)。700℃经7130h的试样断口沿晶断裂面(3.9d)部分区域则较平坦,约占整个视场的80%,说明不锈钢方管在700℃较低应力试验条件下具有较小的塑性值。

由上述分析可知,Super304H不锈钢方管虽然其高温长时蠕变断裂基本均为沿晶断裂,但其在温度和应力作用下微观断裂特征是不同的,尤其是温度对微观断裂特征的影响更为明显。即:随温度的升高(650℃以上),由于品粒强度与晶界强度都降低,但晶界强度下降快,导致不锈钢方管塑性偏低。因此,考虑到锅炉运行的安全性与稳定性,试验用Super304H钢不能在超高温(>650)下使用。

(2)断裂机制

上述分析可知,试验用Super304H不锈钢方管在不同试验条件下表现出不同的蠕变断裂特征,其断裂的微观机制与晶界滑动密切相关。较高应力和较高应变速度下,由于晶界滑动未完全松弛掉晶界切应力,由未松弛掉的品界切应力产生的应力重新分白促进晶界空洞的形成和沿品断裂。因此,650℃,240MPa试验条件下蠕变损伤主要发生在晶界,但也可在界面能较小的晶内夹杂物或第二相处形成空洞,其特点是空洞分布相对分散,而品界空洞长大并通过撕裂的方式沿着晶界连接,最终造成试样断裂,宏观断口上表现出沿晶断裂与少量穿晶断裂共存的断口特征。

而较低应力长时蠕变断裂主要为延性沿晶断裂,如650℃,160MPa蠕变试样。断裂过程中沿晶界产生了一定的塑性变形,沿晶面上有大量的细小韧窝。延性沿晶断裂主要原因是较高温度、较低应力水平下,由于晶界滑移,在晶界第二相及三晶粒交合点滑移将受阻,而产生应力集中形成空洞核心,它优先处于横向晶界上。已生成的空洞核心,当达到一定尺寸后,借应力和空位流的共同作用,首先沿着与拉应力垂直的晶界长大,而成为可见的楔形裂纹或洞型裂纹。这些孤立分散的空洞,先沿横向晶界通过撕裂的方式相互连接(形成撕裂岭),直至在两个相邻的三晶粒交合点间形成“横向裂纹段”,这时由于晶粒交合点的阻碍而使裂纹暂缓发展,在其它与应力相垂直的晶界上,这种横向裂纹不断地增多。相邻的横向裂纹段通过向倾斜晶界的扩展或者与其上的空洞相联合而互相连接成“曲折裂纹”,裂纹尺寸迅速地扩大,裂纹总体积和蠕变速度也相应地迅速增加。“曲折裂纹”进一步互相连接起来,当达到能“瞬时”发展的临界裂纹尺寸时,不锈钢方管便发生蠕变断裂。

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