Page 71 - 理化检验-物理分册2024年第五期

蒋作文, 等: 气化炉激冷室堆焊层开裂原因

图3 气化炉堆焊层裂纹处显微组织形貌

图4 堆焊层裂纹处SEM 形貌及能谱分析结果
时, 材料在温度为270℃溶液中会发生较深的点腐

2 综合分析
蚀, 且点腐蚀周围伴有裂纹, 原因是堆焊层焊接存在
2.1 点腐蚀 残余应力。气化炉堆焊层主要受到工作应力和焊接
激冷室筒体堆焊层中同时存在点蚀坑微裂纹和 残余应力的作用。激冷室工作温度约为250 ℃ , 气

腐蚀坑, 且点蚀坑微裂纹连接成片。气化炉激冷室 化炉运行时, 堆焊层内壁同时承受工作应力和热应
底部黑水呈酸性, 因为粗合成气水浴中含有大量 力, 并且处于高温环境中, 导致材料的应力腐蚀开裂
H 2 S 。激冷室内部氧气含量较高, 满足奥氏体不锈 敏感性增强。堆焊层在与基体焊接后, 堆焊层堆叠
钢发生点蚀的必要条件。裂纹处Cr元素含量较低, 残余应力并未完全消除, 其中焊接方向的应力最大,
因此在点蚀发生后Cr原子被排挤, 使材料难以形成 轴向方向次之, 壁厚方向最小。此外, 燃烧室内表面
致密的保护膜, 钝化膜的修复能力显著降低。不锈 接管焊缝的修补方式多为手工焊, 焊接质量较差, 焊
钢堆焊层表面可能存在金属夹杂物、 表面相组织以 接处拘束力大, 焊接残余应力较高, 而且接管表面堆
及成分不均匀等缺陷, 进而诱发金属发生点腐蚀。 焊层凹凸不平, 液体流动性差, 氯离子易在此处聚
不锈钢表面具有一层致密的保护膜, 氯离子半 集, 因此在接管修补区附近、 熔合线和热影响区的裂
径较小, 极易从不锈钢表面的钝化膜孔隙中穿透至 纹较多。
金属表面, 并与金属原子形成可溶性氯化物, 使不锈 堆焊层裂纹腐蚀产物中氧元素含量较高, 黑水
钢表面钝化膜失效。在氯离子含量较高的环境下, 溶液中的溶解氧会加速应力腐蚀开裂 [ 9 ] 。镍元素在
点腐蚀形成的内孔金属不断溶解, 且酸性环境会使 奥氏体不锈钢中的主要作用是强化并稳定奥氏体,
金属溶解进一步加快, 因此点腐蚀坑不断加深扩展。 当镍元素的质量分数未达到 8%~12% 时, 奥氏体
2.2 应力腐蚀开裂 不锈钢发生氯化物应力腐蚀开裂的敏感性较高, 该
应力腐蚀是金属材料在应力与特定环境下的综 气化 炉 内 壁 堆 焊 层 中 的 镍 元 素 质 量 分 数 约 为
合作用。气化炉运行时, 内部处于富氧状态, 燃烧室 6.9% , 说明其腐蚀开裂敏感性较高。裂纹区未检
气化产生的合成气中含有大量氯离子, 随着气体流 测到硫元素, 因此可以排除连多硫酸应力腐蚀开
动, 氯离子扩散至激冷室内壁, 使材料具备了应力腐 裂的可能。综上所述, 激冷室内部不锈钢堆焊层
蚀开裂发生的外部环境条件 [ 6-7 ] 。 及接管在拉应力、 焊接残余应力、 氧元素和氯离子

吴义党等 [ 8 ] 提出, 当氯离子浓度大于50m gL 浓度较高、 温度较高的环境下工作, 最终导致其发
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