气体分析仪用不锈钢管开裂失效分析

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1、记录号：JS-AL-工艺设备（管和管道）－135气体分析仪用不锈钢管开裂失效分析摘要：通过宏观检查、金相和荧光分析及电镜观察和能谱分析等方法对某风机通风管道中的气体分析仪用不锈钢管开裂原因进行了全面检测和分析。分析表明，通风管道内工作的不锈中国应急分析网钢管存在引起氯脆的充分条件，即一定浓度的氯化物，奥氏体不锈钢材料及难以避免的拉应力，并具有加速腐蚀的适宜温度和湿度。综合结果说明该不锈钢管开裂失效性质为应力腐蚀开裂，造成该304不锈钢管应力腐蚀开裂的主要原因是氯脆。关键词：不锈钢；应力腐蚀开裂；裂纹材料种类/牌号：不锈钢；304引言某公司两台气体分析仪装

2、在304不锈钢管在风机检修时发现严重损坏。该气体分析仪用于对通风管道中的气体进行原位连续监测，其不锈钢管经通风管道(普通的大口径碳钢管)一侧上的开孔插入，然后被焊接固定在通风管道壁上，当发现不锈钢管损坏时，它在风机通风管道中运行只有一年。不锈钢管外径54mm，内径分别为42mm和48mm（内部有个台阶）。风机工作时，通常先低速运转15分钟，再高速运转15分钟，交替进行。高速运转时风速约7～8m/s，低速时约1～3m/s。通风管道中含有粉尘等颗粒物，可能有煤粉、铁屑等，并且含有液态水；在管道底部，有淤积的胶状液态物，应该是水和粉尘的混合物。管道中气体成分主

3、要是CO/CO2/O2/N2等，不会有太多的特殊气体成分。风机1个月左右会停机检修一次，有时1个月会检修两三次，这时风机停机。风机运转时，不锈钢管处的温度在80-100度之间，停机时处于室温。公司派人将截取下的一根损坏短管和从另一根损坏短管头部切下的部分样品（包括切割时掉下的碎块）一起交由山东省材料失效分析与安全评估工程技术研究中心，要求分析该不锈钢管的损坏原因，测试过程与结果宏观检查该破坏的不锈钢管的宏观形貌见图1。在管道底部，发现有淤积的胶状液态物，应该是水和粉尘的混合物。用肉眼就可以发现内壁和外壁上均有可见分岔裂纹，并且表面均被较厚的黑色附着物和腐

4、蚀产物所覆盖（见图1b），附着物很疏松，呈黑色，用手或其它工具容易去掉，带有一定的油性，比较潮，手接触时很容易沾在手上；腐蚀产物则在附着物的下面，呈黑色或褐色，与不锈钢管基体结合紧密，需要用粗砂纸才能去掉表面层的均匀腐蚀层。然而，去掉附着物和均匀腐蚀层后，紧靠不锈钢管基体的内壁和外壁上到处是是密密麻麻的大小腐蚀坑及大小裂纹（见图2a，b）。观察发现较大的裂纹呈现明显的分叉现象（图3a，b箭头所指），小的裂纹在许多地方纵横交错，像树枝状分布，初步显现出应力腐蚀的形态。在0放大镜和低倍显微镜下仔细观察，发现通风管内这一部分不锈钢管基体上微小裂纹很多，很多裂纹

5、已经穿透管壁。中国应急分析网（a）（b）图1不锈钢管的宏观断裂形貌（a）（b）图2不锈钢管内外表面上的腐蚀坑及裂纹局部放大图1中国应急分析网(a)(b)图3不锈钢管内外壁上的裂纹和裂纹分叉取几段腐蚀开裂较严重的管壁，将管子内壁和外壁的附着物及部分表面腐蚀产物除掉后对壁厚进行测量。结果表明，大部分测量值落在2.6-2.9mm之间。按照公司给出的不锈钢管壁厚应当是3mm，壁厚减薄的部分是均匀腐蚀造成的，减薄量在0.3mm之内说明均匀腐蚀量不大。显然，造成管子开裂的主要原因不是均匀腐蚀，而是局部腐蚀的结果。由于不锈钢管损坏严重，产生了许多参差不齐的断口，断口大

6、部分呈灰黑色，表面被严重氧化及腐蚀产物覆盖或污染，新鲜清洁的断口极少见。即便是从纵横交错的小裂纹上掰下的断口，也多半呈褐色或浅褐色，这说明裂纹形成较早、较深，即裂纹沿深度方向发展很快。内外壁起始的裂纹纵横交错，稍微用力就会掰掉（掰下一个断口不需多大力），表明不锈钢管主要损伤部位材料基本上已经丧失了强度。实际上，小断面系由纵横交错的裂纹扩展、交汇后断开形成。材质分析从一段腐蚀很轻不锈钢管纵向取样，制成符合荧光分析的标准样品，用ZSXPrimusⅡ全自动荧光光谱分析仪对所用的不锈钢管材质进行成分检查。表1给出了分析结果，并与相应的不锈钢304ASTM标准和我

7、们国家类似304钢（0Cr18Ni9）的化学成分进行比较，结果如下：表1不锈钢管材料的化学成分材料成分CMnSiSPCrNi所用材料0.0460.800.410.0130.03417.968.26国产类304≤≤≤≤≤17.00-8.00-（0Cr18Ni9）0.082.001.000.0300.04519.0011.00标准ASTM304≤≤≤≤≤17.0-8.00-标准0.072.001.000.0150.04519.5011.502从上表可见，该公司所选用材料的化学成分无论是按国产类304标准还是ASTM标准看，其主要成分均符合标准，说明该不锈钢管

8、材质确实是304，原材料没问题。金相检验分别取一块无损伤处的纵向断面和一块靠近不