316L不銹鋼盤管泄漏失效分析
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316L屬于奧氏體不銹鋼，國內品牌為022Cr17Ni12Mo2.不銹鋼中添加的塑性和耐腐蝕性好Mo因此，316L不銹鋼廣泛應用于石化、醫藥等行業。某企業使用316L不銹鋼線圈在使用過程中發現管壁泄漏和穿孔。管內工作介質為水蒸氣，工作壓力0.9MPa，管外介質為強堿、銅粉，工作壓力1.0MPa，內外壁壓差大。作者對其故障原因進行了測試分析和研究。 宏觀分析1.1 從外部宏觀視覺檢查中發現，泄漏孔在外壁顯示為直徑約2mm如圖1所示a顯示在內壁上mm縱向排列孔，可見大量翹皮裂紋，如圖1所示b圖1 泄漏孔宏觀形狀1.2 變倍體視顯微鏡觀察放大宏觀檢查。a宏觀照片放大孔40倍后的宏觀照片；圖2b為剖開后的泄漏孔形狀，孔內空間較大，總體積約4mm三、孔壁起伏不平，不規則。圖2 泄漏孔形狀2 檢測分析2.1 光譜化學成分分析用全譜直讀光譜儀對泄漏孔周圍的取樣進行化學成分分析。結果見表1，與ASME SA213中TP316L材料成分的比較符合標準要求。表1 化學成分(質量分數)分析結果 （%）2.2 拉伸試驗采用電子通用試驗機，在線圈上取樣，結果見表2。樣品斷裂的形狀為塑性斷裂。通過比較，材料的抗拉強度、屈服強度和斷裂后的伸長率均符合要求ASME SA213標準。表2 力學性能測試結果2.3 工藝性能試驗采用電子通用試驗機進行膨脹和扁平試驗。結果見表3。試驗結束后，膨脹樣品的形狀如圖3所示，管道內壁無裂紋。扁平樣品的形狀如圖4所示。扁平樣品的外壁拉伸表面產生裂紋。裂紋開口端的外壁位置為舊斷口，裂紋尖端為新斷口，可見管道外壁存在舊裂紋。表3 工藝性能試驗結果圖3 膨脹樣品圖4 扁平樣品拉伸面裂紋2.4 顯微金相分析在盤管內外壁及內部加工顯微金相加工，試樣橫截面磨拋光，用金相顯微鏡放大后觀察。從圖5a可見盤管內壁有翹皮狀裂紋，翹皮底部有微裂紋；圖5b可以看出，外壁上有大量的微裂紋，出現在缺陷或腐蝕坑中，沿著夾雜物擴張；從圖5開始c可見內部有大量粒狀、條狀、塊狀夾雜物，夾雜物尺寸為5 ~ 25μm。金相顯微鏡觀察組織為奧氏體，平均晶粒度為6.5級，發現晶界有沉淀相，如圖6所示a所示。從圖6b可見內壁有大量變形滑移線，說明有殘余應力；圖6c可見外壁上有穿晶型和沿晶型裂紋。圖6 金相圖2.5 掃描電鏡分析用掃描電鏡觀察裂紋斷口。a圖7為舊斷口b泄漏孔內壁形貌可以看出，表面上均存在“泥紋花樣”腐蝕產物。圖7 失效部位掃描電鏡形貌2.6 對圖7的能譜分析a能譜分析采用舊斷口取樣，如圖8所示。結果見表4。腐蝕產物比較復雜，主要成分是氧化物，也與氧化物混合Cu、Na等。表4 能譜分析結果(質量分數) (%)圖8 分析點能譜圖3 綜合分析上述試驗數據，盤管TP316L滿足不銹鋼化學成分、抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長率ASME SA213標準要求。膨脹試驗合格，壓扁試驗管外壁拉伸面出現裂紋，開口端為舊裂紋。金相顯微分析SEM EDS表明組織為奧氏體不銹鋼，但有不同尺寸的顆粒夾雜物，表面有泥圖案腐蝕產物，特別是泄漏孔?？妆谄鸱灰巹t，翹曲處有大量微裂紋，沿夾雜物擴張。 結論與建議316L不銹鋼線圈泄漏的主要原因是材料中有大量的夾雜物、氧化物腐蝕產物、微裂紋等。由于夾雜物的存在，基體的連續性受到破壞。在殘余應力和內外壁壓差的共同作用下，夾雜物容易開裂和膨脹，夾雜物與高溫水蒸汽介質接觸。由于夾雜物的耐腐蝕性遠低于材料本身，夾雜物被腐蝕，最終在管壁內形成孔洞，導致管壁穿孔和泄漏。為避免類似泄漏故障，建議如下：1）對于線圈的使用環境，應選擇夾雜物較少的優質316L不銹鋼材料。2）控制工作介質的純度，盡量避免腐蝕性物質對管道的影響。3）線圈部件彎曲焊接后進行熱處理，有效釋放殘余應力。參考文獻：略。2020年第5期金屬加工(熱加工)第28期發表本文~30頁，作者：南京鍋爐壓力容器檢驗研究院 方學鋒、梁斌、業成、張伯君、于永亮，原標題：316L分析不銹鋼盤管泄漏失效。
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?來源：金屬加工 ?本文編輯：熱加工編輯部 ?媒體合作： 010-
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