浙江至德鋼業有限公司為了分析304不銹鋼管開裂的原因，對開裂鋼管進行成分分析和金相檢測，同時對鋼管中的水質進行分析。結果表明:此裂紋為應力腐蝕裂紋;在60～120℃溫度環境下使用時，鋼管中水質的氯離子含量及總硬度嚴重超標是導致不銹鋼管在應力處發生應力腐蝕斷裂的主要原因。

 應力與環境腐蝕協同作用下引起金屬開裂(或斷裂的現象)叫做應力腐蝕開裂(SCC)。發生應力腐蝕開裂必須有2個條件存在即應力和腐蝕介質。應力腐蝕是不銹鋼重要失效形式之一，典型的應力腐蝕裂紋呈樹枝狀。不同腐蝕介質環境下不銹鋼的應力腐蝕行為研究是不銹鋼腐蝕研究的一項重要內容。作為典型的不銹鋼應力腐蝕重要因素之一，氯離子對奧氏體不銹鋼應力腐蝕行為的影響更是被人們廣泛地研究。由于不銹鋼在實際應用中經常處于變溫的腐蝕介質中，溫度對于不銹鋼腐蝕的影響倍受關注，成為不銹鋼腐蝕研究的一項不可或缺的重要內容。304不銹鋼管是非穩態奧氏體，在一定溫度或一定水質環境下會發生應力腐蝕，由于應力腐蝕屬于緩慢性腐蝕，因此，也是不銹鋼中最常見的腐蝕，并且是造成不銹鋼成套設備發生事故的最主要的腐蝕。至德鋼業結合實際例子，說明不銹鋼發生應力腐蝕開裂的過程以及對設備造成的危害，分析了其產生的原因，找出合理的方法避免發生應力腐蝕開裂。

一 、試驗對象與研究方法

 1. 試驗對象

 售往某公司的304不銹鋼管在冷加工制成螺旋管換熱器使用半年后發生了開裂，管中通水和油，如圖所示。缺陷件厚約4mm，在兩面均發現大量裂紋，裂紋發生在水油相交的位置附件，裂紋略呈鋸齒狀，并呈斷續分布，且有的已呈穿透性裂紋。在裂紋附近有大量腐蝕坑，顯微鏡上放大觀察，裂紋呈樹枝狀，與應力腐蝕裂紋示意圖相似。

 2. 研究方法

 取開裂樣1條，進行成分分析、金相分析。成分分析在美國熱電直讀光譜儀上進行。對管中的水樣進行水質分析，包括氯離子、含鹽量等指標進行分析。研磨拋光后的金相試樣進行裂紋處微觀形貌分析，以及用硝酸加硫酸加氯化鐵混合溶液腐蝕后，在蔡司金相光學顯微鏡下觀察組織形貌。

二、試驗結果與討論

 1. 成分分析結果

 對加工前和加工后的試樣進行成分分析，分析結果表明加工前和加工后成分沒有變化，結果見表。

 2. 水質分析

 按照GB50050—2007的規定，對于不銹鋼換熱設備，要求在使用過程中循環冷卻水出水溫度小于45℃時，管內壁溫度不大于70℃時，氯離子質量濃度不大于700mg/L，總硬度不大于1100mg/L;當冷卻水大于45℃，管內壁溫度大于70℃時，要求總硬度小于200mg/L，對氯離子沒有要求。在調查過程中發現，此不銹鋼換熱設備在使用過程中其冷卻水溫度基本介于60～120℃，對采集的水樣進行分析，結果顯示氯離子的質量濃度為408.95mg/L，總硬度達到1065.96mg/L，顯然總硬度超標。GB50050—2007雖然對于氯離子的要求沒有提到，但是在GB50050—1995中明確提出，氯離子質量濃度要不大于300mg/L，顯然按GB50050—1995標準判斷，此次水質中實測氯離子質量濃度大大超標。

 3. 金相分析結果

 圖為螺旋板換熱器上部焊縫至定距柱與板焊縫間的切割面顯微特征。從圖可以看出:裂紋起始于水面，向油面延伸擴展，主要集中在上部焊縫附近的循環水和水蒸氣界面附近以及定距柱與板焊縫附近。圖中小箭頭的密集程度代表其數量和嚴重性。從圖3可以看出，分布于焊縫附近的大量裂紋從水面的腐蝕溝向油面延伸擴展，呈“干樹枝”狀，裂紋邊緣有的呈鋸齒狀，有的已呈穿透型裂紋，屬應力腐蝕裂紋。樹枝狀裂紋是不銹鋼在氯離子環境下應力開裂的典型特征。對缺陷試樣進行腐蝕后的金相組織，如圖所示。圖為缺陷件切割面顯微組織特征，從圖中可以看出:裂紋位于焊縫熱影響區或附近，屬于穿晶裂紋。

三、分析與討論

 此案例的不銹鋼應力腐蝕不能簡單地歸咎于某一方面的原因，在設備設計過程中還應該考慮其各方面的因素，如水質、溫度、設備結構等。此案例中用不銹鋼制成換熱器，一邊通水、一邊通油，由于介質和溫度不同，經過長期的冷熱交換，應力比較大。設計時肯定考慮過水質的影響，但是不能單純以對腐蝕介質的限定含量或介質純凈度的要求來替代對SCC的全面控制，而忽略了溫度、結構、應力、使用一定時期內介質的變化等等因素。

 奧氏體不銹鋼應力腐蝕開裂主要是介質與應力的合力，最主要的介質為氯離子和介質中的總鹽量;應力腐蝕裂紋多發生在不銹鋼的焊接區域，因為此區域的應力大(有焊接殘余應力)，在一定的介質環境下容易出現應力腐蝕裂紋。例如，304不銹鋼管焊接成冷凝設備(內接冷凝管)時就出現了應力腐蝕裂紋，如圖所示，裂紋發生在焊縫附近，裂紋呈樹枝狀，如圖所示。因此，對于不銹鋼設備在介質中使用，一定要考慮介質和應力對不銹鋼的影響，不能在質量濃度超標的介質中使用，對于應力較大的設備應經過應力退火處理，特別是不銹鋼焊接設備。

四、結語

 1. 通過對304不銹鋼管裂紋處金相分析，發現不銹鋼發生了應力腐蝕，從而導致了產品的開裂，開裂處裂紋呈“干樹枝”狀;

 2. 通過對水質的分析以及結合現場使用環境，結果表明在高溫下水質中的氯離子質量濃度和水質的總硬度超標是導致此次產品發生應力腐蝕開裂的主要原因。