浙江至德鋼業(yè)有限公司研究人員給出了316L不銹鋼管腐蝕焊縫截面形貌。在圖中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕疏松層，在圖中發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)的近表層有一條明顯的分界線,分界線左側(cè)是厚度不一的腐蝕疏松層,最大厚度約為22.89μm。此外,利用EDS對不同溫度的腐蝕樣品焊縫區(qū)截面進(jìn)行線掃分析,焊縫截面的元素濃度變化情況分別如圖所示。分析圖發(fā)現(xiàn)樣品焊縫截面的鐵、鉻和鎳元素濃度隨著表層深度增加先迅速增加后保持不變。這說明腐蝕過程中焊縫表層的合金元素溶解滲透進(jìn)入液態(tài)鋰中,根據(jù)元素濃度變化趨勢可知溫度為450℃和560℃的焊縫區(qū)腐蝕深度分別約為2.0μm和6.0μm。圖給出了腐蝕溫度為720℃時(shí)焊縫截面的EDS掃描結(jié)果,觀察發(fā)現(xiàn)隨著焊縫的表層深度增加,鐵的濃度逐漸增加至不變,但鉻和鎳濃度先增加再減少再增加最后保持不變。這說明腐蝕疏松層的主要成分是鉻和鎳,焊縫區(qū)的腐蝕層厚度約是20.0μm,與失重法估算的樣品平均腐蝕深度1.31μm、6.04μm和10.21μm保持在同一個(gè)數(shù)量級。在腐蝕過程中鋰吸附在316L不銹鋼管焊縫表面并形成，通過反應(yīng)擴(kuò)散機(jī)理使與樣品焊縫區(qū)表層的合金元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳化物，并沉積在焊縫表面,這些腐蝕產(chǎn)物堆積會(huì)減緩樣品的腐蝕，當(dāng)與腐蝕形成的碳化物發(fā)生反應(yīng)使其溶解于液態(tài)鋰中,鋰將與焊縫更深層區(qū)域的合金元素進(jìn)行質(zhì)量交換,氫元素雜質(zhì)間接加速了316L不銹鋼管焊縫在液態(tài)鋰中的腐蝕。隨著腐蝕的進(jìn)行,焊縫表面的合金元素被溶解進(jìn)入液態(tài)鋰中,同時(shí)也被耦合滲透進(jìn)入焊縫表層。

  下圖表示腐蝕溫度為450℃、560℃和720℃的樣品表面的維氏硬度變化情況。腐蝕焊縫區(qū)維氏硬度分別約為HV114.05、HV98.52和HV91.65。母材區(qū)的維氏硬度分別約為HV125.68、HV111.81和HV105.81。分析發(fā)現(xiàn)腐蝕溫度越高,316L不銹鋼管樣品表面的維氏硬度值越低,說明樣品表面的腐蝕越嚴(yán)重。在相同腐蝕溫度條件下,樣品的焊縫區(qū)的硬度值均小于母材區(qū),說明焊縫區(qū)比母材區(qū)更易被腐蝕。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)的中心位置硬度最小(HV110.11、HV93.51、HV84.95),這是因?yàn)闃悠纷匀酆附庸に囁?。奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體,保持著γ-Fe的面心立方晶格結(jié)構(gòu)。但316L不銹鋼管在含氫雜質(zhì)的液態(tài)鋰中高溫腐蝕過程中發(fā)生相變(γ-Fe→Fe3C+α-Fe)。鐵素體是碳溶解在α-Fe的固溶體,它屬于體心立方晶格。在高溫腐蝕過程中樣品表面的部分碳將以碳化物的形式被溶解進(jìn)入液態(tài)鋰中,導(dǎo)致樣品表面的強(qiáng)度和硬度明顯降低。

  在450℃、560℃和720℃的腐蝕溫度下,帶焊縫的316L不銹鋼管樣品的平均腐蝕速率分別為2.38、1.10和1.86,等價(jià)的平均腐蝕深度分別為1.31μm、6.04μm和10.21μm。結(jié)合SEM/EDS和XRD分析了450℃、560℃和720℃腐蝕焊縫表面形貌和成分變化,在對應(yīng)焊縫表面分別發(fā)現(xiàn)了晶界腐蝕、大量致密的尺寸為1~2μm的碳化物和少量尺寸為10~20μm的“類尖晶石”結(jié)構(gòu)的碳化物,僅在720℃的腐蝕焊縫截面發(fā)現(xiàn)了明顯的腐蝕相變層。碳化物顆粒數(shù)量減少的原因可能是雜質(zhì)H與腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物溶解在液態(tài)鋰中或清洗時(shí)被沖洗掉。腐蝕溫度為450℃、560℃和720℃時(shí),焊縫區(qū)的平均維氏硬度分別為HV114.05、HV98.52和HV91.65。316L不銹鋼母材區(qū)的平均維氏硬度分別為HV125.68、HV111.81和HV105.81。在相同腐蝕條件下,316L不銹鋼樣品的焊縫區(qū)的硬度值均小于母材區(qū),焊縫區(qū)比母材區(qū)更易被腐蝕,腐蝕過程中樣品焊縫區(qū)的力學(xué)性能明顯下降。