不銹鋼方管蠕變斷口SEM分析

(1)在650℃較高應力試驗條件下，低倍斷口主要呈沿晶斷裂，但由上述分析可知也有少部分穿晶斷裂。晶界上可見拉裂后留下的析出相顆粒，沿晶斷裂區域之間的斷面有大量的撕裂嶺，則說明不銹鋼方管為延性沿晶斷裂。在高倍視場中對其沿晶面觀察發現，沿晶斷裂面包含有細小韌窩，并且在部分韌窩底部仍可觀察劍細小第二相質點。在較低應力試驗時，雖經6094h長時高溫蠕變，蠕變斷口(圖3.9b)也可觀察到類似特征，不同的是沿晶面上的第二相質點析出量增多，尺寸略變大。同時，圖3.9b中觀察到由晶界夾雜物脫落留下的較大空洞，其尺寸約為13.3pm(箭頭1)。

相對于圖3.9a，b而言，圖3.9c，d也表現出沿品斷裂特征，但沿晶斷裂區域之間的斷面撕裂嶺明顯減少，斷口呈現較清晰地晶粒狀輪廓，在圖3.9c中偶然觀察到晶界夾雜物破碎留下的斷裂痕跡（箭頭2）。700℃經7130h的試樣斷口沿晶斷裂面(圖3.9d)部分區域則較平坦，約占整個視場的80%，說明不銹鋼方管在700℃較低應力試驗條件下具有較小的塑性值。

由上述分析可知，Super304H不銹鋼方管雖然其高溫長時蠕變斷裂基本均為沿晶斷裂，但其在溫度和應力作用下微觀斷裂特征是不同的，尤其是溫度對微觀斷裂特征的影響更為明顯。即：隨溫度的升高（650℃以上），由于品粒強度與晶界強度都降低，但晶界強度下降快，導致不銹鋼方管塑性偏低。因此，考慮到鍋爐運行的安全性與穩定性，試驗用Super304H鋼不能在超高溫(>650℃)下使用。

(2)斷裂機制

上述分析可知，試驗用Super304H不銹鋼方管在不同試驗條件下表現出不同的蠕變斷裂特征，其斷裂的微觀機制與晶界滑動密切相關。較高應力和較高應變速度下，由于晶界滑動未完全松弛掉晶界切應力，由未松弛掉的品界切應力產生的應力重新分白促進晶界空洞的形成和沿品斷裂。因此，650℃，240MPa試驗條件下蠕變損傷主要發生在晶界，但也可在界面能較小的晶內夾雜物或第二相處形成空洞，其特點是空洞分布相對分散，而品界空洞長大并通過撕裂的方式沿著晶界連接，最終造成試樣斷裂，宏觀斷口上表現出沿晶斷裂與少量穿晶斷裂共存的斷口特征。

而較低應力長時蠕變斷裂主要為延性沿晶斷裂，如650℃，160MPa蠕變試樣。斷裂過程中沿晶界產生了一定的塑性變形，沿晶面上有大量的細小韌窩。延性沿晶斷裂主要原因是較高溫度、較低應力水平下，由于晶界滑移，在晶界第二相及三晶粒交合點滑移將受阻，而產生應力集中形成空洞核心，它優先處于橫向晶界上。已生成的空洞核心，當達到一定尺寸后，借應力和空位流的共同作用，首先沿著與拉應力垂直的晶界長大，而成為可見的楔形裂紋或洞型裂紋。這些孤立分散的空洞，先沿橫向晶界通過撕裂的方式相互連接（形成撕裂嶺），直至在兩個相鄰的三晶粒交合點間形成“橫向裂紋段”，這時由于晶粒交合點的阻礙而使裂紋暫緩發展，在其它與應力相垂直的晶界上，這種橫向裂紋不斷地增多。相鄰的橫向裂紋段通過向傾斜晶界的擴展或者與其上的空洞相聯合而互相連接成“曲折裂紋”，裂紋尺寸迅速地擴大，裂紋總體積和蠕變速度也相應地迅速增加。“曲折裂紋”進一步互相連接起來，當達到能“瞬時”發展的臨界裂紋尺寸時，不銹鋼方管便發生蠕變斷裂。