技術(shù)文庫
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304奧氏體不銹鋼的應力腐蝕開裂
1 分項調(diào)研
1．1 關(guān)于材質(zhì)
調(diào)研了5組S管的化學成分，結(jié)果列子表1。分析結(jié)果顯示鋼管的化學成分全部符合國家標準GB1220-1992《不銹耐酸鋼技術(shù)條件》中00Cr18Ni10鋼要求。屬超低碳奧氏體不銹鋼。
1．2 關(guān)于環(huán)境
調(diào)查表明管內(nèi)化學物質(zhì)不含水，并不溶解于水，也不會分解溶出氯、硫等有害物質(zhì)。對管外的軟化水在不同位置分別取樣進行分析檢測，結(jié)果示于表2。結(jié)果顯示軟化水為中性，水中氯離子含量極低。
1．3 宏觀檢測
現(xiàn)場調(diào)查顯示從管外觀察到S型鋼管，在彎管的外側(cè)有許多裂紋，少數(shù)直管段也看到了裂紋，裂紋與鋼管軸向呈45°角，裂紋周圍有黑褐色腐蝕產(chǎn)物。無裂紋處的鋼管仍保持著不銹鋼原有的銀白色。沿軸向?qū)摴芷书_，可見管內(nèi)表面光亮，無銹蝕，看到的裂紋均同外管壁上的裂紋貫通。
1．4 光學顯微鏡檢查
沿鋼管的橫斷面磨制金相試片，放在大型金相顯微鏡下觀察，結(jié)果示于圖1。由照片可見，鋼管顯微結(jié)構(gòu)均為奧氏體組織，裂紋多由鋼管外側(cè)起始，向鋼管內(nèi)側(cè)發(fā)展，呈穿晶型貌。
1。5 腐蝕產(chǎn)物分析
在掃描電子顯微鏡下用能譜對鋼管外側(cè)裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物和裂紋尖端的腐蝕產(chǎn)物進行成分分析，結(jié)果示于圖2和圖3。結(jié)果表明鋼管外側(cè)裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物和裂紋尖端的腐蝕產(chǎn)物都含有不同量的S，Cl，Ca等相同的元素，而在鋼管外裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物中還有較多的Al，Na，K，Mg等元素。
1．6 斷口形貌分析
在實驗室中將裂紋完全打開，裂紋斷口粗糙。在掃描電子顯微鏡下觀察到裂紋從管外側(cè)開始，貫穿管壁的裂紋上存在許多二次裂紋，裂紋一直延續(xù)到在實驗室打開的韌窩處，斷口呈羽毛狀的穿晶形貌（見圖4），成長方向也是從管外側(cè)向內(nèi)側(cè)發(fā)展的。斷口表面也有一些腐蝕產(chǎn)物，并具有和管外側(cè)腐蝕產(chǎn)物相同的成分。斷口局部區(qū)域還看到了冰糖狀的沿晶結(jié)構(gòu)和一些二次裂紋，在這些地方還看到了腐蝕坑（圖5）。
2 結(jié)果討論與對策
上述分析結(jié)果表明：該裝置采用的不銹鋼其化學成分符合國標CB1220－1992《不銹耐酸鋼技術(shù)條件》中00Cr18Ni10超低碳奧氏體不銹鋼的規(guī)定，顯微組織顯示為奧氏體，可以推斷鋼管使用狀態(tài)為固溶態(tài)，符合裝置的設計要求。
鋼管上的裂紋多發(fā)生在管外彎曲受張應力的一側(cè)，直管段上也看到了少量的裂紋，裂紋顯示出穿晶型應力腐蝕破裂。
奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應力腐蝕開裂的原因是由于水中Cl-的存在，雖然水中檢測Cl-含量極低，但在使用中，鋼管表面的水膜不斷蒸發(fā)，致使Cl-在鋼管表面積累，這在對鋼管表面和裂紋上腐蝕產(chǎn)物成分分析結(jié)果中都得到了證實，（腐蝕產(chǎn)物中的Cl-含量是水中數(shù)10倍之多）。另外，腐蝕產(chǎn)物中還檢測出有較多的S元素存在，而鋼中的S含量是相當?shù)偷模?/span>
說明腐蝕產(chǎn)物中的S絕大部分是環(huán)境帶來的，這在調(diào)查系統(tǒng)的操作記錄和系統(tǒng)其它部分的現(xiàn)狀中也得到了證實。
為此，認為該裝置的泄漏是由于在使用環(huán)境下冷卻水中Cl-在鋼管表面的濃縮富集，導致鋼管在承受張應力的部位產(chǎn)生應力腐蝕開裂。冷卻水短時間的環(huán)境變化促進了應力腐蝕開裂的發(fā)生，致使鋼管失效泄漏。
由于應力腐蝕是起源于管外側(cè)，因此鋼管外側(cè)的環(huán)境十分重要，盡量避免含氯鹽在鋼管表面濃縮沉積是很必要的。但由于冷卻水要不斷蒸發(fā)，水中的氯鹽在鋼管表面沉積是不可避免的，同時降低裝置的運行溫度同樣也是做不到的。在這種情況下更換材料是最有效的手段，建議更換為抗應力腐蝕性能更好的含鉬奧氏體不銹鋼（如316L）或者奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼（如2205），以提高鋼管抵抗應力腐蝕的能力。同時，應盡量降低冷卻水中Cl一的含量和系統(tǒng)的運行溫度，以防止應力腐蝕的發(fā)生。
1．1 關(guān)于材質(zhì)
調(diào)研了5組S管的化學成分，結(jié)果列子表1。分析結(jié)果顯示鋼管的化學成分全部符合國家標準GB1220-1992《不銹耐酸鋼技術(shù)條件》中00Cr18Ni10鋼要求。屬超低碳奧氏體不銹鋼。
1．2 關(guān)于環(huán)境
調(diào)查表明管內(nèi)化學物質(zhì)不含水，并不溶解于水，也不會分解溶出氯、硫等有害物質(zhì)。對管外的軟化水在不同位置分別取樣進行分析檢測，結(jié)果示于表2。結(jié)果顯示軟化水為中性，水中氯離子含量極低。
1．3 宏觀檢測
現(xiàn)場調(diào)查顯示從管外觀察到S型鋼管，在彎管的外側(cè)有許多裂紋，少數(shù)直管段也看到了裂紋，裂紋與鋼管軸向呈45°角，裂紋周圍有黑褐色腐蝕產(chǎn)物。無裂紋處的鋼管仍保持著不銹鋼原有的銀白色。沿軸向?qū)摴芷书_，可見管內(nèi)表面光亮，無銹蝕，看到的裂紋均同外管壁上的裂紋貫通。
1．4 光學顯微鏡檢查
沿鋼管的橫斷面磨制金相試片，放在大型金相顯微鏡下觀察，結(jié)果示于圖1。由照片可見，鋼管顯微結(jié)構(gòu)均為奧氏體組織，裂紋多由鋼管外側(cè)起始，向鋼管內(nèi)側(cè)發(fā)展，呈穿晶型貌。
1。5 腐蝕產(chǎn)物分析
在掃描電子顯微鏡下用能譜對鋼管外側(cè)裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物和裂紋尖端的腐蝕產(chǎn)物進行成分分析，結(jié)果示于圖2和圖3。結(jié)果表明鋼管外側(cè)裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物和裂紋尖端的腐蝕產(chǎn)物都含有不同量的S，Cl，Ca等相同的元素，而在鋼管外裂紋周圍的腐蝕產(chǎn)物中還有較多的Al，Na，K，Mg等元素。1．6 斷口形貌分析
在實驗室中將裂紋完全打開，裂紋斷口粗糙。在掃描電子顯微鏡下觀察到裂紋從管外側(cè)開始，貫穿管壁的裂紋上存在許多二次裂紋，裂紋一直延續(xù)到在實驗室打開的韌窩處，斷口呈羽毛狀的穿晶形貌（見圖4），成長方向也是從管外側(cè)向內(nèi)側(cè)發(fā)展的。斷口表面也有一些腐蝕產(chǎn)物，并具有和管外側(cè)腐蝕產(chǎn)物相同的成分。斷口局部區(qū)域還看到了冰糖狀的沿晶結(jié)構(gòu)和一些二次裂紋，在這些地方還看到了腐蝕坑（圖5）。
2 結(jié)果討論與對策
上述分析結(jié)果表明：該裝置采用的不銹鋼其化學成分符合國標CB1220－1992《不銹耐酸鋼技術(shù)條件》中00Cr18Ni10超低碳奧氏體不銹鋼的規(guī)定，顯微組織顯示為奧氏體，可以推斷鋼管使用狀態(tài)為固溶態(tài)，符合裝置的設計要求。
鋼管上的裂紋多發(fā)生在管外彎曲受張應力的一側(cè)，直管段上也看到了少量的裂紋，裂紋顯示出穿晶型應力腐蝕破裂。
奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應力腐蝕開裂的原因是由于水中Cl-的存在，雖然水中檢測Cl-含量極低，但在使用中，鋼管表面的水膜不斷蒸發(fā)，致使Cl-在鋼管表面積累，這在對鋼管表面和裂紋上腐蝕產(chǎn)物成分分析結(jié)果中都得到了證實，（腐蝕產(chǎn)物中的Cl-含量是水中數(shù)10倍之多）。另外，腐蝕產(chǎn)物中還檢測出有較多的S元素存在，而鋼中的S含量是相當?shù)偷模?/span>
說明腐蝕產(chǎn)物中的S絕大部分是環(huán)境帶來的，這在調(diào)查系統(tǒng)的操作記錄和系統(tǒng)其它部分的現(xiàn)狀中也得到了證實。
為此，認為該裝置的泄漏是由于在使用環(huán)境下冷卻水中Cl-在鋼管表面的濃縮富集，導致鋼管在承受張應力的部位產(chǎn)生應力腐蝕開裂。冷卻水短時間的環(huán)境變化促進了應力腐蝕開裂的發(fā)生，致使鋼管失效泄漏。
由于應力腐蝕是起源于管外側(cè)，因此鋼管外側(cè)的環(huán)境十分重要，盡量避免含氯鹽在鋼管表面濃縮沉積是很必要的。但由于冷卻水要不斷蒸發(fā)，水中的氯鹽在鋼管表面沉積是不可避免的，同時降低裝置的運行溫度同樣也是做不到的。在這種情況下更換材料是最有效的手段，建議更換為抗應力腐蝕性能更好的含鉬奧氏體不銹鋼（如316L）或者奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼（如2205），以提高鋼管抵抗應力腐蝕的能力。同時，應盡量降低冷卻水中Cl一的含量和系統(tǒng)的運行溫度，以防止應力腐蝕的發(fā)生。
大連市中山區(qū)城市廣場B座805室
0411-82302585
zare88@126.com
