承压设备损伤 之 材质劣化（二）

接续此前《承压设备损伤 之 材质劣化（一）》。

6. 脱碳

热态下介质与金属中的碳发生反应，使合金表面失去碳，导致材料碳含量降低，材料强度下降。高温临氢环境，及高温下使用、热处理、火焰加工或热加工成型的碳钢、低合金钢制设备和管道容易发生脱碳。

脱碳一般发生在金属表面，极端情况下可能发生穿透脱碳。

脱碳可能会使材料室温抗拉强度、蠕变强度下降，但浅层脱碳对部件整体性能没有影响。

如果材料出现脱碳，说明已经过热，还可能存在其他损伤，如临氢环境下的高温氢腐蚀。

注：标准没有具体给出多少温度下会发生脱碳。

7. 金属粉化

在含碳和氢的工艺流体、渗碳气氛中，铁、镍合金会由于渗碳导致其分解为石墨和金属颗粒，多表现为材料表面出现大量的腐蚀坑。

低合金钢、300系列不锈钢、镍基合金和耐热合金在特定条件都会出现金属粉化。目前还没有任何已知合金可能耐受所有条件下的金属粉化损伤。

金属粉化主要发生在482℃~816℃温度下的还原气体介质中，如氢气、甲烷、丙烷或一氧化碳，另外也可发生在氧化-还原交替环境。

在工艺上可行的情况下，在介质中添加硫元素（通常为硫化氢），选择含碳量低的材料，或对金属基体进行渗铝处理，都可有效预防金属粉化。

8. σ相脆化

300系列不锈钢和其他铬含量超过17%的不锈钢，长期在538℃~816℃温度下使用，析出σ相（金属间化合物）而导致材料变脆，对晶间腐蚀的敏感性增加。

奥氏体不锈钢的热处理，也需要考虑这个问题，见之前的文章《ASM手册热处理卷中关于不锈钢的热处理内容》，《经典文献摘要丨奥氏体不锈钢消除应力热处理》。

σ相脆化早期一般不明显，直至发生开裂，多发生于焊接接头或拘束度高的区域。出现σ相脆化的不锈钢拉伸及屈服强度稍有增加，同时塑性降低，硬度略微增加。

奥氏体和双相不锈钢焊接接头熔敷金属的铁素体中，σ相形成速度最快。所以应对347稳定化不锈钢、焊材当中的铁素体含量进行控制（5%~9%）。

奥氏体不锈钢基本金属（奥氏体）中，σ相形成速度相对较慢。

奥氏体不锈钢中如果出现σ相，1066℃下固溶处理4h，σ相可发生溶解，然后快速水冷可形成单一奥氏体相，彻底消除σ相。不过，大多数奥氏体不锈钢制设备无法进行固溶处理。

GB/T 30579还提到两点需要引起注意：经验表明，奥氏体不锈钢在690℃进行焊后热处理时，几小时便可产生σ相；另外，奥氏体不锈钢堆焊层、不锈钢制换热器和管子管板接头，受焊接的影响，是比较容易出现σ相的。

9.475℃脆化

含铁素体相的合金在316℃~540℃温度范围内使用，脆性金属间化合物析出并累积，导致材料脆化（硬度增高，韧性下降），在475℃附近尤甚。

2205、2304和2507等双相不锈钢，及400系列不锈钢，含铁素体的300系列不锈钢锻件，特别是焊缝和堆焊层部位，容易出现475℃脆化。

所以，应选择铁素体含量低的材料在脆化温度范围内服役。

10.回火脆化

铬钼钢及一些高强度钢长期在343℃~593℃范围内使用，操作温度下材料韧性没有明显降低，但材料组织微观结构已经发生变化，停工检修期间等降温后容易发生脆性开裂。

锰、硫、磷、锡、锑和砷元素会显著增加材料的回火脆性，需要控制其含量（控制J、X因子，可参见HG 2058X六合一）。

设备回火脆化多发生在脆化温度范围服役数年后，在加工热处理阶段也有可能发生。而且焊缝位置通常比母材更敏感。

11.辐照脆化

主要出现于核反应堆容器，本文略。

12.钛氢化

氢扩散到钛中，发生化学反应形成脆性氢化物相，导致材料延展性降低。

主要出现于钛、钛合金中，本文略。

13.再热裂纹

低合金钢、300系列不锈钢、镍基合金制，厚壁或高强度的设备，在焊后热处理或高温服役期间，高应力区发生应力消除或应力松驰，粗晶区应力集中区域的晶界滑移量超过塑性变形能力而发生开裂（即高温下材料塑性不足，无法满足应变要求）。多出现于厚壁断面，焊接接头热影响区的粗晶段。

应对措施包括：厚壁部件连接时，在焊接或焊后热处理阶段应充分预热，尽量减少约束，减缓过渡避免急剧变化；采用细晶材料，或细化焊接热影响区的粗大晶粒；减少焊接缺陷。

裂纹可通过无损检测方法检出，如果超标应进行修补处理。

14.脱金属腐蚀

多相合金的一个相优先损失，主要出现于铜合金、合金400和铸铁，常出现在以下环境：

更详细地参见标准GB/T30579。

15.敏化-晶间腐蚀

晶间腐蚀，可参见之前的文章《应力腐蚀及晶间腐蚀》，《双相钢的耐晶间腐蚀性能（一）》，《双相钢的耐晶间腐蚀性能（二）》。