某廠的不銹鋼冷卻器。在使用一年多時間后，管口處相繼產生貫穿性裂紋．影響了工廠的日常生產．醞釀著嚴重的安全隱患。裂紋從管口脹接處開始，逐漸向另一管孔延伸，管口的交界處有銹狀物包裹．剝去包裹物后用肉眼觀察可見管孔周邊存在多條裂紋，裂紋總長600Im以上。為找到裂紋產生的原因并提出相應的改進措施．對管板材質化學成分、斷口形貌、介質環境、腐蝕產物、金相組織等進行了分析，綜合分析裂紋的成因。
    一、檢驗分析
    1、管口材料成分分析
    對管口取樣進行化學成分分析，并與標準GB4237《不銹鋼熱軋鋼板)中1Crl8Ni卯i成分對照，分析結果表明，實際材質與國標材質對比，Ti含量明顯不足，C含量略偏高，管口材質實際接近1crl8Ni9，而不是1Cd8Ni螄。
    2、介質環境分析
    冷卻器所用的蒸汽來自于本廠的循環工業用水。冷卻器使用。實地對冷卻器的介質即加熱蒸汽的凝結水和機油采樣送檢，水汽分析結果表明。蒸汽凝結水中含有較多的Cr。這可能與工業水循環過程中混人了Cl-有關。
    3、全相分析
    宏觀檢查管口，發現存在寬窄不一的貫穿性裂紋，裂紋寬度最寬達1．5咖。制取斷口試樣(未破壞斷口形貌)，管口大部分金屬已失去光澤，斷口表現為多臺階、參差不齊的斷口，呈脆性斷裂特征。微觀檢驗觀察試樣拋光面．發現存在多處沿晶裂紋，由粗變細逐漸由外向內擴展：在較粗一頭存在明顯的非金屬夾雜物；同時還發現少數區域存在沿晶分布的非金屬夾雜物。電解侵蝕后．顯微組織特征為：基體為奧氏體．其上分布有較多碳化物顆粒，同時存在碳化物沿晶分布的網狀組織．微觀裂紋是沿著碳化物析出的晶界擴展的，裂紋特征符合晶間腐蝕(網狀)和應力腐蝕(沿晶)的特征。
    4、腐蝕產物分析
    對管口孔縫隙間的腐蝕產物取樣。用能量散射X光譜(EDS)進行分析，結果表明，腐蝕產物中主要成分為Fe，Cr，并有Cr局部富集現象。
    二、腐蝕機理分析
    1、材質影響
    不銹鋼的耐蝕性主要是因為表面有一層鈍化膜，提高了電極電位，可以阻止腐蝕反應發生。而管板材質不良，缺鈦且碳含量偏高，
易造成晶界貧鉻現象．產生活態一鈍態微電池。一般的1Cd8Ni蛐中鈦含量為碳含量的5一10倍．這樣才能起到穩定化作用。但本材質鈦含量過低，而碳含量偏高。若材料在制造或使用過程中經過敏化溫度區。不穩定的碳容易在晶界消耗大量的鉻形成碳化鉻析出，內部的碳向晶界擴散的速度比鉻快．晶界的鉻得不到補充致使晶界出現貧鉻區(即敏化)．形成不了鈍化膜，使晶界鈍態受到破壞，電極電位下降(陽極、活態)，而晶粒本身仍維持鈍態，電位較高(陰極)，晶粒與晶界構成活態一鈍態微電池，且具有大陰極一小陽極的面積比，在這種藕合加速效應的影響下．導致材料晶間腐蝕，同時抗晶間型應力腐蝕的能力也有所下降。
    2、介質環境、應力因素
    不銹鋼發生應力腐蝕現象較為常見。不銹鋼發生應力腐蝕應具備三個基本條件：敏感的合金(材料因素)、靜的拉伸應力(力學因素)和特征介質(環境因素)。
    敏感的合金一對lCd8Ni朔而言。在有氯化物、氫氧化物和連多硫酸的介質中。均能引起應力腐蝕。靜的拉伸應力一如果沒有靜的拉伸應力，即使有敏感的合金與特定的介質配合。應力腐蝕也不會發生。在不銹鋼應力腐蝕中起主要作用的是宏觀內應力。即殘余拉應力，而不是微觀內應力。換熱管與管板脹接后，存在脹接應力(殘余拉應力)。
    特征介質一特別是溶液中的一些雜質．即所謂特征離子的存在是最為危險的。在200℃水中僅含2ppm Cr，便可使奧氏體不銹鋼產生應力腐蝕。并多數以點蝕、縫隙腐蝕為起源。
冷卻器    水汽報告表明，其Cr含量足以在200一300℃時使不銹鋼產生晶間型應力腐蝕。EDS分析結果也表明，裂紋面內有明顯的Cr局部富集。
    3、閉塞電池的形成
    由于脹接部位縫隙內溶液處于滯流狀態。氧只能以擴散的方式向縫內傳遞。使縫內的氧耗難以得到補充。從而使縫隙內的陰極反應中止。然而，縫隙內的陽極反應繼續進行，形成一個高濃度金屬正離子溶液的空腔。為保持溶液中性，帶負電荷的陰離子(Cr)遷移人空腔內，生成的金屬氯化物又發生水解反應，冷卻器空腔內酸性增加。導致鈍化膜破裂，使空腔內電極電位下降，形成為陽極，整個外表面形成為陰極。尤其是Cr可與H+生成鹽酸．其腐蝕性更強。加速了空腔內的腐蝕速度。由于材質中欽含量不足。也易引起鈍態的活化。隨著腐蝕的進行及腐蝕產物的沉積．縫隙內形成閉塞電池腐蝕．并在應力和腐蝕的聯合作用下。擴展為裂紋向縱深發展。冷卻器
    4、冶金、熱處理因素
    金相組織顯示為奧氏體加大量的未溶碳化物．同時存在沿晶分布的網狀碳化物。說明該材料未經固溶處理，或固溶處理溫度不高、時間較短，碳化物未充分溶鰓，合金化程度差。而且，熱處理溫度低，鉻擴散速度減慢，碳化鉻沉淀加快，更加速了貧鉻區的形成，降低了電極電位。同時。沿晶分布的含鉻碳化物會加劇晶界貧鉻而導致沿晶界的應力腐蝕。
    沿晶非金屬夾雜物的存在說明該材料晶粒很粗。粗晶粒的晶間腐蝕傾向大。原因在于粗晶單位體積的晶界面積小，而在給定的敏化條件下產生的碳化物沉淀又是一定的。使粗晶的晶界部位碳化物密度比細晶的大。另一方面，粗大的晶粒有促使加速M23C6沉淀的作用，同時沿晶分布的非金屬夾雜物嚴重割裂基體的連續性，降低了材料的強度．非金屬夾雜的尖端極易造成應力集中。冷卻器
    三、結語
    管口的材質分析和金相組織分析表明，材質不合要求。導致基體和晶界耐晶間腐蝕和晶間型應力腐蝕的性能下降。介質中的Cr在晶界敏化和殘余應力的共同作用下，引起晶間型應力腐蝕，并且Cr在管子管板縫隙內滯流．在殘余應力、酸性自催化作用下導致縫隙腐蝕：而沿晶的非金屬夾雜物導致應力集中、組織晶粒粗大，也加劇了腐蝕的產生和發展。為防止裂紋產生，可從以下四方面改進：
    1、材質控制
    嚴格控制材質質量，通過添加穩定化元素或降低碳含量．控制晶界吸附和抑制晶界沉淀：熱處理溫度、時間和溫度變化速度必須達到要求，以減少含鉻碳化物的析出，控制晶粒度和細化晶粒，降低產生腐蝕的可能性。
    2、結構改進
    盡量避免形成閉塞空間．設計時對管板與管子問的縫隙可考慮進行密封處理。建議采用密封焊，焊后進行消除應力處理。
    3、工況介質控制
    嚴格控制介質中的雜質。特別是C1．含量，可通過工藝手段將其控制在引起應力腐蝕的濃度之下。
    4、選材考慮
    由于lCrl8Ni卯i中C含量較高。將增加不銹鋼對應力腐蝕的敏感性，同時在設備制造過程中經過熱加工或焊接熱循環后。Ti的穩定化作用會下降甚至消失。易造成晶界敏化。降低抗晶間腐蝕的性能，故在壓力容器行業。目前已不推薦使用該鋼號。可選用含碳量更低的Cr—Ni奧氏體不銹鋼．如0Cd8Nil0Ti鋼、OCrl8 NiUNb鋼或超低碳不銹鋼00Cd9Nil0鋼等，以降低晶界敏化的危害性。也可考慮采用復相不銹鋼，以降低不銹鋼對氯離子應力腐蝕破裂的敏感性。
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