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事故背景

 

不銹鋼護欄以其耐腐蝕性和美觀性逐步應(yīng)用于橋梁護欄、道路護欄、工廠護欄及庭院護欄上。某臨近海邊小區(qū)的316不銹鋼護欄安裝完約兩個月后即出現(xiàn)腐蝕失效。

 

理化檢驗

 

宏觀觀察

圖1 失效護欄橫截面宏觀形貌

 

圖1為腐蝕失效的316不銹鋼護欄橫截面形貌，可見其橫截面呈“工”字形，壁厚約4mm。

 

圖2 護欄A側(cè)表面宏觀形貌

 

圖3 護欄B側(cè)表面宏觀形貌

 

圖2和圖3分別為圖1中A側(cè)表面和B側(cè)表面的宏觀形貌，可見腐蝕集中在靠近護欄兩側(cè)面的邊緣位置，呈條帶狀分布，寬約5mm；側(cè)面中間部位未見腐蝕痕跡。肉眼下，腐蝕區(qū)域中心位置呈黑色，腐蝕區(qū)域外圍為黃(紅)褐色。

 

化學(xué)成分分析

 

在失效護欄側(cè)面(帶凹槽)和平直表面上分別截取試樣，經(jīng)清洗、干燥、打磨后，采用臺式直讀光譜儀進行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

 

表1 失效護欄的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))％

 

可見護欄的化學(xué)成分均符合GB/T 20878—2007«不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分»對316不銹鋼的成分要求。

 

金相檢驗

 

分別截取失效護欄橫截面和側(cè)表面(含腐蝕區(qū)域)試樣，試樣形貌如圖4所示。

 

圖4 失效護欄的金相試樣形貌

 

可見護欄側(cè)面與上、下表面采用焊接方式連接，焊縫寬約5mm。腐蝕大致發(fā)生在熔敷金屬表面，腐蝕區(qū)域?qū)挾扰c焊縫寬度相當。經(jīng)鑲嵌、打磨、拋光后，用體積比為3∶1∶1的HCl＋HNO3＋甘油混合液進行浸蝕，采用金相顯微鏡觀察其顯微組織形貌。

 

圖5 母材1的顯微組織形貌

 

圖6 母材2的顯微組織形貌

 

圖7 焊縫顯微組織形貌

 

圖8 焊縫橫截面顯微組織形貌

 

失效護欄的顯微組織形貌如圖5~圖8所示，可見母材1和母材2的顯微組織均為奧氏體，奧氏體晶內(nèi)存在孿晶，奧氏體晶粒大小不均，如圖5和圖6所示。焊縫區(qū)顯微組織為柱狀晶＋碳化物，如圖7和圖8所示。

 

掃描電鏡及能譜分析

 

截取護欄腐蝕部位試樣，經(jīng)干燥后置于掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)儀下進行分析，如圖9所示。

圖9 腐蝕產(chǎn)物EDS分析位置和EDS分析結(jié)果

 

可見腐蝕產(chǎn)物中主要含有氧、鐵、碳、氯等元素，其中氧元素含量最高，遠高于氯元素含量。

 

將金相試樣置于SEM下進行觀察，并進行EDS分析，結(jié)果見圖10和表2。

 

圖10 金相試樣的EDS分析位置示意圖

 

表2 金相試樣的EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))％

 

由表2可知，焊縫區(qū)的化學(xué)成分與兩側(cè)母材的化學(xué)成分差別較大。焊縫區(qū)鉻、鎳元素含量均低于母材，但錳元素含量高于母材。

 

分析與討論

 

由化學(xué)成分分析結(jié)果可知，護欄帶凹槽側(cè)面及平直表面母材化學(xué)成分均符合GB/T 20878—2007對316不銹鋼的成分要求。

 

由金相檢驗結(jié)果可知，發(fā)生腐蝕的“工”字形護欄采用角焊接方式焊接而成，焊縫位于帶凹槽側(cè)面與平直表面連接處。焊縫寬約5mm。結(jié)合宏觀檢測結(jié)果可知，腐蝕基本發(fā)生在焊縫熔敷金屬表面，腐蝕區(qū)域?qū)捈s5mm，與焊縫寬度相當。護欄母材顯微組織為奧氏體，奧氏體晶粒內(nèi)存在孿晶，且奧氏體晶粒尺寸大小不均勻，表明不銹鋼母材冷加工殘余應(yīng)力較大。焊縫區(qū)域顯微組織為柱狀晶＋碳化物。

 

由SEM及EDS結(jié)果可知，腐蝕產(chǎn)物中主要含有氧、鐵、碳、氯等元素，氧元素含量最高，氧元素含量遠高于氯元素含量。同時焊縫及兩邊的母材區(qū)域中，焊縫區(qū)鉻、鎳元素含量低于母材，但錳元素含量遠高于母材，表明熔敷金屬化學(xué)成分與母材存在較大的差異。

 

腐蝕產(chǎn)物主要呈現(xiàn)黃(紅)褐色，且氧元素含量最高，說明護欄在熔敷金屬表面發(fā)生了氧腐蝕，屬于電化學(xué)腐蝕。焊縫顯微組織中存在柱狀晶，存在成分偏析，同時焊縫區(qū)化學(xué)成分與母材存在明顯差異，造成兩者之間存在較大的電極電位差。同時在焊接后，焊縫處存在一定的焊接殘余應(yīng)力。由于護欄安裝位置臨近海邊，空氣濕度較大，并含有微量鹽分，護欄在焊縫熔敷金屬區(qū)域發(fā)生電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕，在該兩種腐蝕的綜合作用下該316不銹鋼護欄腐蝕失效。

 

結(jié)論及建議

 

護欄焊縫區(qū)與母材化學(xué)成分存在明顯差異，使得兩者之間存在較大的電極電位差，焊縫處存在一定的焊接殘余應(yīng)力。且安裝位置臨近海邊，空氣濕度大，該護欄在焊縫熔敷金屬區(qū)域發(fā)生電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕，在該兩種腐蝕的綜合作用下最終造成護欄腐蝕失效。

 

建議采用合適的焊條對316不銹鋼進行焊接，以獲得最佳的耐腐蝕性能，同時316不銹鋼焊后宜進行退火處理。

 

作者：邱康勇，工程師，深圳市特種設(shè)備安全檢驗研究院