不銹鋼三通開裂分析

閆昌華

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不銹鋼三通開裂分析

閆昌華

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院徐州分院，江蘇 徐州 221007）

通過化學成分檢測，硬度試驗，宏觀及微觀形貌分析，金相檢測，掃描電鏡分析等手段對不銹鋼三通上出現裂紋的原因進行了分析，結果表明產品沒有進行固溶處理或固溶處理不完全及焊接缺陷是導致開裂的主要原因，同時，材質中含有氧化物夾雜及大量孔洞、裂紋降低了材料的力學性能。

不銹鋼三通；固溶處理；裂紋

某公司DN150 SCH40S不銹鋼等徑三通在使用過程中發生開裂。使用單位提供信息為其材質為304L不銹鋼，依據GB/T 12459標準生產，使用介質為H2，使用溫度為常溫，使用壓力為0.6 MPa。

1 宏觀分析

經初步檢查，裂紋長約13 cm，為貫穿裂紋，表面未見明顯銹蝕痕跡。其中黃色區域外部沒有開裂而內部已經開裂；紅色焊接區域焊縫部位未開裂而內部也已經開裂。同時發現，三通能夠被磁鐵吸附，這說明其內部存在其他組織而非單一奧氏體。

對裂紋表面進行檢查發現，斷口表面潔凈呈灰亮色，留有大量塑性變形痕跡，有氫致脆斷的部分特征，這與環境介質有關。在環境介質中主要考慮腐蝕性物質。裂紋長，且平直分支少，背面則為單條裂紋。裂紋尖端位置沒有明顯變形。根據斷口放射線走向判斷裂紋起源于內表面并指向焊接部位，即裂紋由焊接處內表面形成。

2 線切割取樣

分別對裂縫處、焊接處進行線切割取樣，取樣位置如圖1所示，取樣結果如圖2所示。

圖1 宏觀形貌

圖2 取樣

3 化學成分分析

根據GB/T 1220-2007，美國AISI 304L不銹鋼對應國內牌號為022Cr19Ni10，304不銹鋼對應國內牌號為06Cr19Ni10，國標中對022Cr19Ni10及06Cr19Ni10化學元素的要求如表1。

表1 GB/T 1220-2007對022Cr19Ni10、06Cr19Ni10化學元素的要求（質量分數%）

4 金相組織

化學成分分析結果表明：不銹鋼三通的化學成分符合06Cr19Ni10即304標準，而不是304L。

采用線切割方式對近裂紋處、遠離裂紋處及焊接處進行取樣，經打磨、拋光、王水腐蝕后，其金相組織如下圖3-6所示。

圖3 近裂紋處金相組織

圖5 焊接部位金相組織

金相檢測結果顯示：（1）基體主要為形變奧氏體組織和碳化物；（2）存在大量沿加工方向變形的鐵素體；（3）奧氏體晶粒粗大；（4）存在氧化物、鉻的碳化物夾雜及孔洞、裂紋；（5）焊接部位存在未熔合缺陷。

根據GB/T 12459-2005《鋼制對焊無縫管件》中“6.2管件的熱處理-表17”規定，無論是304不銹鋼還是304L不銹鋼在冷成形后均需進行固溶處理，而測試結果表明：三通沒有進行固溶處理或者固溶不完全。

5 硬度測試

分別對近裂紋處及遠離裂紋處進行顯微硬度測試，結果如表2所示。

表2 硬度檢測結果

硬度測試結果表明，近裂紋處平均硬度為367.33 HV，遠裂紋處的平均硬度為393.17 HV，均遠高于GB/T 12459-2005規定。

6 掃描電鏡分析

掃描電鏡測試結果如圖6所示。結果顯示：（1）材質中含有大量孔洞；（2）斷裂類型既有解理脆斷又有韌性開裂；（3）存在微裂紋；（4）三通內表面斷口處有氫脆產生。

7 結論

304不銹鋼具有良好的室溫和低溫韌性、焊接性、耐蝕性和耐熱性。在固溶狀態下塑性很好，適于各種冷塑性變形。固溶處理的目的是使熱軋過程中析出的碳化物在高溫下固溶于奧氏體中，通過急冷使固溶了碳的奧氏體保持到常溫，減少鋼中鐵素體含量；通過固溶參數的調整，可以對鋼的晶粒度進行控制，使鋼的組織得到軟化，對整個板材的質量有著相當重要的意義。且具有典型比較意義的是，馬氏體組織雖然能夠提升材料強度，但馬氏體組織韌性低，且耐腐蝕能力比奧氏體不銹鋼差。所以，304不銹鋼金相組織開裂分析得出如下特征和結論：

（1）金相組織中存在大量鐵素體組織，這是由于沒有按照國標進行固溶處理或者固溶處理不完全、保溫時間欠短、加熱溫度偏低等造成；

（2）不銹鋼三通中含有氧化物夾雜及大量孔洞、裂紋，這是原材料熱軋過程中產生的；

（3）試樣硬度不滿足國家標準；材質不是委托單位提供的304L不銹鋼,而是304不銹鋼，型號有差別。

（4）根據斷口判斷裂紋由焊接處內表面形成，一方面焊接會促使鉻的碳化物從奧氏體中析出，從而增加材料的脆性；同時，由于焊接部位由于存在較大熱應力，再加上介質中氫氣的存在，產生裂紋并發生氫脆；

（5）焊接部位存在未熔合缺陷。

[1]江利，張太超，崔永麗. 現代金屬材料及應用[M]. 北京: 中國礦業大學出版社，2009: 10.

[2]吳允光. 不銹鋼三通開裂原因分析及預防措施[J]. 川化，2009：（2）：3-5.

[3]朱正. 0Cr18Ni9不銹鋼等徑三通裂紋分析[J]. 山東化工，2016：（1）：76-78.

[4]任頌贊，葉儉，陳德華. 金相分析原理及技術[M]. 上海: 上海科學技術文獻出版社，2012.

Cracking Analysis of Stainless Steel Tee

(Jiangsu Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Xuzhou Branch, Jiangsu Xuzhou 221007, China )

Cracking reasons of stainless steel tee were analyzed through the chemical compositions testing, hardness testing, macroscopic and microscopic analysis, metallographic detection, scanning electron microscope. The results showed that the reasons of cracking were lacking of solid solution treatment and welding defect, additionally the existing of oxide inclusion and tiny poles, welding cracking also affected the mechanical properties of material.

stainless steels tee；solid solution treatment；welding cracking

TQ 051

A

1004-0935（2017）12-1210-04

2017-09-11

閆昌華（1982-），男，工程師，江蘇省徐州市人，2006年畢業于江蘇科技大學熱能與動力工程專業，研究方向:從事特種設備檢測 技術工作。