无缝奥氏体不锈钢换热管质量控制研究

摘要：本文介绍了特种设备领域中主要受压元件无缝奥氏体不锈钢换热管在制造过程中的质量控制管理情况。其中，重点针对牌号为022Cr19Ni10换热管的整个质量检验情况进行了跟踪，分析中发现影响换热管批量化生产质量不稳定的因素主要是换热管晶间腐蚀不合格。因此，收集和整理相关数据，提出一些行之有效的可行性建议，达到降低晶间腐蚀质量不合格率的目的。

关键词：晶间腐蚀；换热管；质量控制

1、引言

XX公司不锈钢管分厂，产品已逐渐转向无缝奥氏体不锈钢换热管的生产之中， 换热管作为特种设备的主要受压元件，使用条件相当恶劣，高温、高压、低温、腐蚀等，不锈钢管分厂依据“TSG Z0004 特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求”及其相关法律法规、技术规范等特种设备行业的要求，建立了压力管道元件质量保证体系，旨在保证换热管在生产全过程的质量控制目标。

2、换热管质量数据统计分析

笔者在该公司分厂跟踪了2013年1-6月无缝奥氏体不锈钢换热管的整体质量检验情况，搜集了相关质量检验数据，并作了全面统计，不锈钢换热管一共包括9种规格，主要生产的牌号为022Cr19Ni10，从统计中发现：许多月份的质量合格率均超过90%，有的甚至高达97%以上，但是，也发现了不少问题，一些是质量突然出现异常，一些是整体质量偏低，现将所发现的问题总结如下：

⑴ 不同规格的产品，质量合格率存在明显差异。

⑵ 某些规格的产品在1月份出现合格率下降。

⑶ 某一相同规格的产品在不同时间的合格率出现较大波动。

将以上9种规格的质量统计数据转化为曲线图显示，如下图2.1所示：

由上图可看出φ10.2×2，φ26.7×2.11，φ33.7×1.6三种规格的质量合格率明显低于其余规格，尤其是φ10.2×2的换热管， 4月、6月的质量合格率低至45%以下，2月份φ26.7×2.11的换热管也低至45%以下，这三种规格的质量合格率远远低于公司质量控制目标，质量合格率的波动性都非常之大，质量极为不稳定，不可能提供给用户得以信赖的产品。

3、 晶间腐蚀—换热管的主要缺陷

将上述9种规格的换热管在上半年所发生的不符合项按照缺陷类别进行了调查统计，产生的缺陷类别如下图3.1所示：

从上图就可清晰地看出在所有类别的缺陷之中，占据比例最大的就是换热管的晶间腐蚀不合格，达到51%，占据了整个缺陷比例的一半以上。以上分析可以看出，若是解决了晶腐不合格的问题，才有可能达到批量生产的目的，才有可能保证质量的相对稳定。

4、晶间腐蚀质量问题原因分析

4.1晶间腐蚀的原理

晶间腐蚀是18 - 8型奥氏体不锈钢常发生的一种局部腐蚀。不锈钢发生晶间腐蚀时，金属外形几乎不发生任何变化，但是晶粒间的结合力却有所下降，使钢的强度、塑性和韧性急剧降低；如果遇有内外应力的作用，轻者稍经弯曲便可产生裂纹，重者敲击即可碎成粉末。晶间腐蚀在设备运行过程中不易检测，常造成设备的突然破坏，危害性极大。据统计，这类腐蚀约占总腐蚀类型的10.2% 。

晶间腐蚀的机理， 主要有“贫Cr 理论”和“晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论”等，对于制管过程，在原料成分控制合理，尤其是S、P杂质严格控制其含量的基础上，晶间附近“贫铬”是导致不锈钢管晶间腐蚀的主要原因。

4.2 晶间腐蚀质量问题影响因素

考虑到影响换热管耐晶间腐蚀性能的重要工序是热处理及酸性去油，因此整个分析重点是针对电炉热处理、辊道炉热处理和保护气氛光亮热处理三个方向，找到并选取其“重要因素”，分别研究“机”--热处理设备、“法”--热处理工艺、去油条件、酸洗时间等对产品耐晶间腐蚀性能的影响。

1、热处理设备的影响

通过一系列的试验发现，换热管对表面提出了更高要求，一般以光亮管的形式交货，因此，几乎所有的换热管都是在保护气氛光亮热处理炉中进行固溶处理，所做的调查分析也验证了在该炉中热处理发生晶间腐蚀不合格的几率的确升高了许多。从2013年上半年换热管的质量统计数据来看，问题也的确于此，说明保护气氛光亮热处理设备是影响晶腐不合格很重要的原因之一，且深层次的原理是因为光亮热处理的保护气氛存有残余氨，分解出氢气与氮气，氮气是造成晶腐不合格的直接原因。

2、去油的影响

去油的方式对晶腐没有直接影响，主要原因在于去油的时间，去油时间的延长对钢管的腐蚀进一步加剧。

3、冷却速度的影响

从调查中发现出冷却速度的快慢对晶间腐蚀也有直接的影响，当冷却速度过慢，尤其是当进入晶腐敏感区时，内外壁很容易发生沿晶腐蚀，当冷却速度达到一个临界值时，则可避免该现象的发生。

5、晶间腐蚀质量问题的建议性纠正措施

1. 增加对“料”（荒管金相组织）的检查

提高钢管的抗腐蚀性能，关键在于控制含铬化合物的析出，在实际生产中，有必要增加对荒管的检查，若发现荒管中有含铬化合物析出，需增加对荒管的固溶处理，这样做可为后续道次中含铬化合物的析出控制提供有力保障，否则寄希望于成品管道次或成品管前一道次的弥补措施，将会遇到由于晶粒的异常长大带来的更大实际困难，甚至会影响到最终成品管的力学性能。

2. 对“法”进行改进，即严格控制去油的时间

为彻底去油，在实际生产过程中通过增加酸洗去油后的中和和温水浸泡环节，可有效增加去油效果。另外，如果在中和后、温水浸泡后每支钢管都采用倾斜式高压水冲洗，会更有效地将吸附在管内壁的残余油脂清除出来，这样就可不用长时间将钢管浸泡在去油液中，可有效控制去油时间。

3.加强对“机”（制造设备、设施）的定期检查、检测

对关键设备热处理要定期检查控温的精确性，因为一旦热处理温度出现大的波动，对产品质量的稳定性有很大的影响，另外还可能产生新的问题。

对热处理冷却水要定期检测，及时更换新水。从以前的测试结果来看，长时间使用后循环冷却水中，水质呈酸性，主要是酸洗去油环节的残酸导致；另外，水中各种杂质离子超标，尤其是Cl离子严重超标，是正常自来水中的几十倍。经过热处理的钢管，其加工应力虽基本消除，但仍有一部分的残余应力存在，酸性冷却水中Cl离子对有残余应力存在的钢管及钢管某些部位产生应力腐蚀，从而会导致和加剧晶间腐蚀。

4.光亮热处理炉气氛的提纯

光亮热处理的不足，就是气氛的纯度要求较高，因为残余氨的超标，会引起渗氮，从而影响钢管的耐晶间腐蚀性能。因此，要经常对设备进行维护和检测，以避免残余氨超标对钢管质量的影响。

6、 结论

本文系统介绍了该公司不锈钢管分厂无缝奥氏体不锈钢换热管批量化生产过程中所发生的质量问题，通过调查与分析，得到如下结论：

（1）通过搜集换热管的相关质量数据，确认导致换热管批量化生产质量合格率较低的主要原因是晶间腐蚀质量问题。

（2）研究不锈钢管晶间腐蚀原理，结合换热管实际生产状况，寻找出晶间腐蚀所产生的深层次原因，即：热处理保护气氛、热处理冷却速度、酸洗去油工艺的影响。

（3）通过加强对换热管原材料的金相检查，加强酸洗去油的质量控制，加强制造设备的定期检查，加强光亮热处理炉气氛的提纯，验证换热管的质量合格率是能够得到明显提升的。

参考文献：

[1] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京：化学工业出版社，1984，156

[2] 王荣滨，18-8型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀[J].上海钢研2003，（2）：19