304不锈钢管件失效分析

【摘 要】304不锈钢在连多硫酸的作用下，发生沿晶开裂，且随着连多硫酸浓度增加，酸碱性的综合作用，发生几率明显增加。分析结果表明，金相图样表明在连多硫酸中304不锈钢的应力腐蚀属于沿晶开裂。

【关键词】304不锈钢；奥氏体；沿晶开裂；连多硫酸

304不锈钢化学牌号为06Cr19Ni10 旧牌号（0Cr18Ni9） 含铬19%，含镍8-10%。

304不锈钢化学成份：

304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，能高到1000～1200度。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。

某化工厂进行某车间定期检验检测时，发现在管线运行中存在个别弯头向外有“冒汗”现象，但由于量不是很大，在运行过程中又没有其他现象就一直在运行中。对此条管线从设计上并不存在很大的压力，过高或过低的温度，从理论上不会出现这种现象，同时设备员和工艺的人员提供，这些个别的管段部位有时会有些介质少量的渗出，尤其是热影响区附近。资料显示，这条管线的材质是304不锈钢。因为出现了介质外排现象，所以选择了渗透这种检测形式，对这些存在问题的管件进行了检测。检测过程中发现在母材、热影响区、焊道中均出现了裂纹的显像，由于存在多处，且裂纹的形式各异，故对此条管线进行了整体检测。发现所有管件均存在裂纹现象，故此采集了部分试样进行硬度检测和金相检测。发现硬度无明显变化，但是金相图谱显示存在沿晶开裂的现象。由此推断可能是介质或是材质的问题，对此为了深层是的检测，选择了光谱分析材质。光谱结果显示所检材质均为304不锈钢，并无异议，最后定可能为介质问题，继续分析金相图样。

对拥有裂纹的管件进行取样，经金相检验得出结果：

1.金相组织和裂纹形貌

开裂处取两件金相试样：一件试样观察面为环向截面，包含部分管件与接管连接焊缝和数条纵向裂纹；一件试样观察面为纵向截面，包含一条横向（环向）裂纹没有焊缝。

管件母材金相组织见照片1、2（纵向样母材金相组织；横向样母材与纵向样金相组织相同），为等轴晶奥氏体，晶粒大小不太均匀（有3级，也有6～7级），晶界有链状碳化物析出；母材夹杂物较多，硫化物多呈现椭圆状。焊缝金相组织见照片3，为奥氏体+δ-铁素体，δ-铁素体轻微分解。熔合区形貌见照片4，过热区金相组织为奥氏体+少量δ-铁素体。两件金相试样所见到的裂纹相貌基本相同，主要为沿晶扩展，较细，有较多分枝，见照片5（纵向样，为浸蚀）、6、7（纵向样，已浸蚀）、8（横向样，未浸蚀）、9（横向样，已浸蚀）。个别部位可见穿晶裂纹，其尺寸非常小。横向样裂纹启自管件内表面，垂直内表面向外表面方向扩展，扩展到焊缝后终止，未进入焊缝。

2.讨论

（1）管件母材金相组织为单向奥氏体[3]，材质应为奥氏体不锈钢；但奥氏体晶界链状碳化物析出明显，表明材质含碳量偏高超过304不锈钢正常含量，且热处理不当。奥氏体晶界碳化物呈链状析出不仅对材料的力学性能不利，还使材料的抗腐蚀能力大幅度下降，使其易发生晶间腐蚀和沿晶应力腐蚀。焊缝和热影响区金相组织应属奥氏体不锈钢正常金相组织。

（2）管件裂纹是沿晶开裂。从管件的工作状态看，发生沿晶开裂的性质可能有两种：一是奥氏体不锈钢由于晶界贫铬引起的晶间腐蚀；一是由于应力和腐蚀介质共同作用引起的应力腐蚀。奥氏体不锈钢晶间腐蚀多发生于焊缝热影响区，平行于焊缝扩展。管件母材碳化物沿晶界呈链状析出易发生晶间腐蚀，但腐蚀裂纹也应发生于热影响区或母材接触到介质的各个部位，不应仅限近缝区。从裂纹发生于近缝区（焊接残余应力较大部位），有较多分枝看，裂纹性质应属应力腐蚀。

（3）产生应力腐蚀裂纹的应力应来自焊接残余应力和工作应力。腐蚀介质应来自管件内的介质。引起奥氏体不锈钢发生沿晶应力腐蚀常见介质有连多硫酸、碱等。试样发生的沿晶应力腐蚀裂纹可能与介质中的硫有关。试样奥氏体不锈钢母材晶界有链状碳化物析出，晶界严重弱化，也有发生氯离子引起的沿晶腐蚀的可能[4]。

3.结论

试样裂纹性质应为应力腐蚀裂纹。产生应力腐蚀裂纹的应力来自焊接残余应力和工作应力；腐蚀介质来自管件内部的工作介质，最大可能是硫化物（连多硫酸）。

从以上分析可以得知，真正致使化工厂304不锈钢劣化的原因为硫化物，加之焊道的应力没有很好的消除，才会产生大量裂纹的出现。

【参考文献】

[1]安继儒，李新德.新编金属材料速查手册.化学工业出版社.

[2]李维钺，李军.中外金属材料牌号和化学成分对照手册.机械工业出版社.

[3]李炯辉，林德成.金属材料金相图谱.机械工业出版社.

[4]马李洋，丁毅，陆晓峰，马立群.304不锈钢在连多硫酸中应力腐蚀研究.