浙江至德鋼業有限公司研究人員給出了316L不銹鋼管腐蝕焊縫截面形貌。在圖中沒有發現明顯的腐蝕疏松層，在圖中發現焊縫區的近表層有一條明顯的分界線,分界線左側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截面進行線掃分析,焊縫截面的元素濃度變化情況分別如圖所示。分析圖發現樣品焊縫截面的鐵、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入液態鋰中,根據元素濃度變化趨勢可知溫度為450℃和560℃的焊縫區腐蝕深度分別約為2.0μm和6.0μm。圖給出了腐蝕溫度為720℃時焊縫截面的EDS掃描結果,觀察發現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保持在同一個數量級。在腐蝕過程中鋰吸附在316L不銹鋼管焊縫表面并形成，通過反應擴散機理使與樣品焊縫區表層的合金元素發生化學反應形成碳化物，并沉積在焊縫表面,這些腐蝕產物堆積會減緩樣品的腐蝕，當與腐蝕形成的碳化物發生反應使其溶解于液態鋰中,鋰將與焊縫更深層區域的合金元素進行質量交換,氫元素雜質間接加速了316L不銹鋼管焊縫在液態鋰中的腐蝕。隨著腐蝕的進行,焊縫表面的合金元素被溶解進入液態鋰中,同時也被耦合滲透進入焊縫表層。

  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。腐蝕焊縫區維氏硬度分別約為HV114.05、HV98.52和HV91.65。母材區的維氏硬度分別約為HV125.68、HV111.81和HV105.81。分析發現腐蝕溫度越高,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重。在相同腐蝕溫度條件下,樣品的焊縫區的硬度值均小于母材區,說明焊縫區比母材區更易被腐蝕。同時也發現焊縫區的中心位置硬度最小(HV110.11、HV93.51、HV84.95),這是因為樣品自熔焊接工藝所致。奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體,保持著γ-Fe的面心立方晶格結構。但316L不銹鋼管在含氫雜質的液態鋰中高溫腐蝕過程中發生相變(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入液態鋰中,導致樣品表面的強度和硬度明顯降低。

  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,等價的平均腐蝕深度分別為1.31μm、6.04μm和10.21μm。結合SEM/EDS和XRD分析了450℃、560℃和720℃腐蝕焊縫表面形貌和成分變化,在對應焊縫表面分別發現了晶界腐蝕、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”結構的碳化物,僅在720℃的腐蝕焊縫截面發現了明顯的腐蝕相變層。碳化物顆粒數量減少的原因可能是雜質H與腐蝕產物的化學反應產物溶解在液態鋰中或清洗時被沖洗掉。腐蝕溫度為450℃、560℃和720℃時,焊縫區的平均維氏硬度分別為HV114.05、HV98.52和HV91.65。316L不銹鋼母材區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的硬度值均小于母材區,焊縫區比母材區更易被腐蝕,腐蝕過程中樣品焊縫區的力學性能明顯下降。