摘 要：某公司輸氣管項(xiàng)目使用的０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管，采用焊接方式連接，焊接工藝為手工電弧焊，鋼管內(nèi) 輸送介質(zhì)為含硫化氫等腐蝕介質(zhì)的富氨液，管內(nèi)介質(zhì)壓力０．５ＭＰａ，介質(zhì)溫度３５～４５℃，運(yùn)行半年后停產(chǎn)半年，復(fù)產(chǎn) 時(shí)即在鋼管焊接接頭附近發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。通過(guò)宏觀低倍、微觀金相、化學(xué)成分分析以及掃描電鏡分析等一系列方 法，對(duì)該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼裂紋形成原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管的破裂原因?yàn)檫B 多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂，通過(guò)向該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管內(nèi)吹掃氬氣，密封兩端口，可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破 裂。焊接時(shí)降低焊接電流，加快焊接速率，減小焊接熱影響區(qū)的范圍，也可降低連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的可能性。

關(guān)鍵詞：０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼；沿晶裂紋；連多硫酸應(yīng)力腐蝕；硫化物應(yīng)力腐蝕

中圖分類號(hào)：ＴＧ１７２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ 文章編號(hào)：１００５-７４８Ｘ（２０１８）０５-０４０４-０４

某公司輸氣管項(xiàng)目使用奧氏體不銹鋼管，牌號(hào) 為０Ｃｒ１８Ｎｉ９，型號(hào)為 ＤＮ３５０，壁厚為５ｍｍ，鋼管采 用焊接方式連接，焊接工藝為手工電弧焊工藝。該 奧氏體不銹鋼管內(nèi)輸送介質(zhì)為含硫化氫等腐蝕介質(zhì) 的富氨液，管內(nèi)介質(zhì)壓力０．５ＭＰａ，溫度３５～４５℃， 運(yùn)行半年后停產(chǎn)半年，復(fù)產(chǎn)時(shí)即在鋼管焊接接頭附近發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。為確定裂紋的形成原因，本工作 在該奧氏體不銹鋼管裂紋附近切?。奔嚇樱瑢?duì)其 裂紋形成原因進(jìn)行了分析。

１ 理化檢驗(yàn)

開(kāi)裂奧氏體不銹鋼管形貌貌見(jiàn)圖１～２。由圖１ ～２可見(jiàn)：焊接熱影響區(qū)寬度達(dá)２０ｍｍ，裂紋均產(chǎn)生 在焊接熱影響區(qū)內(nèi)。

１．１ 低倍檢驗(yàn)

在奧氏體不銹鋼管裂紋附近切?。奔v截面低 倍試樣，觀察鋼管的裂紋擴(kuò)展深度情況及鋼管的低倍組織。試樣采用５０％（體積分?jǐn)?shù)，下同）鹽酸水溶 液侵蝕后，其縱低倍組織形貌見(jiàn)圖３。由圖３可見(jiàn)： 裂紋是從內(nèi)表面向外表面逐漸擴(kuò)展的，除熱影響區(qū) 附近的裂紋外，未見(jiàn)其他不允許的冶金缺陷。

由圖４可見(jiàn)：鋼管主裂紋基本呈橫向，枝裂紋 沿主裂紋兩側(cè)，呈網(wǎng)狀裂紋擴(kuò)展。

１．２ 化學(xué)成分

奧氏體不銹鋼管的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表１。

由表１可見(jiàn)，各元素含量均符合 ＧＢ／Ｔ１２２０－２００７ 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

１．３ 宏觀斷口形貌

將裂紋掰開(kāi)后，裂紋斷口宏觀形貌見(jiàn)圖５。由 圖５可見(jiàn)：斷面上有一層黑灰色的腐蝕產(chǎn)物，但依稀 可見(jiàn)斷口是呈結(jié)晶狀的脆性斷口。

１．４ 金相檢驗(yàn)

在低倍試樣裂紋處切取高倍試樣，磨制其縱向 面，在光學(xué)金相顯微鏡下觀察，裂紋微觀形貌見(jiàn) 圖６。裂紋呈網(wǎng)狀裂紋，經(jīng)王水溶液腐蝕后在光學(xué) 金相顯微鏡下觀察，裂紋為沿晶裂紋，見(jiàn)圖７。鋼管 焊縫處顯微組織為奧氏體＋δ鐵素體，熔合線處顯 微組織為奧氏體，鋼管基體顯微組織為奧氏體，見(jiàn) 圖８。鋼管基體晶粒度為４．５級(jí)，熱影響區(qū)晶粒度 也為４．５級(jí)。

１．５ 掃描電鏡分析結(jié)果

將奧氏體不銹鋼管裂紋掰開(kāi)后，采用掃描電鏡觀察斷口表面清洗前后的形貌，裂紋斷口表面形貌， 見(jiàn)圖９。由圖９可見(jiàn)：整個(gè)斷面均為冰糖狀沿晶斷 口。腐蝕產(chǎn)物微區(qū)成分能譜見(jiàn)圖１０，以Ｓ、Ｆｅ、Ｏ等 元素為主。

２ 分析與討論

該奧氏體不銹鋼管在焊接熱影響區(qū)內(nèi)產(chǎn)生裂 紋，并且焊接熱影響區(qū)較寬。通常情況下，若焊接過(guò) 程中產(chǎn)生裂紋，多為焊接結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的焊接熱裂紋， 或焊后一段時(shí)間產(chǎn)生的焊接冷裂紋［１-５］。而奧氏體不銹鋼管開(kāi)工使用半年后未見(jiàn)裂紋，停工半年后復(fù) 工時(shí)立即發(fā)現(xiàn)裂紋，這表明裂紋并非焊接裂紋。

由裂紋宏觀形貌可見(jiàn)，裂紋有主干，有分支，主 干裂紋為橫向裂紋，裂紋產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)附近， 此處在焊接接頭收縮應(yīng)力下，必然存在軸向的焊接 拉伸殘余應(yīng)力；從裂紋斷口宏觀和微觀形貌來(lái)看，裂 紋斷口面上存在腐蝕產(chǎn)物。這表明，該奧氏體不銹 鋼管既受軸向拉伸殘余焊接應(yīng)力，又受腐蝕作用，因 此該奧氏體不銹鋼管裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋［１-２，６］。

由裂紋斷面腐蝕產(chǎn)物成分可見(jiàn)，腐蝕產(chǎn)物主要 含Ｓ、Ｆｅ、Ｏ等元素；從裂紋斷面微觀形貌可見(jiàn)，裂紋 斷口為冰糖狀的沿晶斷口。這表明，該奧氏體不銹 鋼管應(yīng)力腐蝕破裂可能為硫化物應(yīng)力腐蝕破裂［７］或 者連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂，不是含 Ｃｌ－ 的應(yīng)力腐蝕 破裂。而奧氏體組織對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕破裂最不敏感［８-９］，該鋼管組織全為奧氏體，對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕 最不敏感，產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕破裂的可能性最小， 因此，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管破裂應(yīng)為連多 硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。

產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂需要介質(zhì)因素、材 料因素和應(yīng)力因素綜合作用，缺一不可［１，１０-１２］。

（１）介質(zhì)因素 即鋼管內(nèi)壁存在連多硫酸或連 多硫酸鹽［Ｈ２ＳxＯ６（x＝２～５）］，連多硫酸一般是由 空氣中的 Ｏ２、水和金屬硫化物發(fā)生反應(yīng)而生成的。 反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)式（１）～（５）：

從該奧氏體不銹鋼管破裂的情況來(lái)看，鋼管內(nèi) 介質(zhì)含硫化氫，在使用過(guò)程中硫化氫和管壁的 Ｆｅ 發(fā)生反應(yīng)生成ＦｅＳ，鋼管在停工半年期間，鋼管必通 風(fēng)，空氣中的 Ｏ２ 和水進(jìn)入管內(nèi)，必然和管壁內(nèi)的 ＦｅＳ發(fā)生反應(yīng)生成連多硫酸。因此，該奧氏體不銹 鋼管破裂具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì) 因素。

（２）材料因素 據(jù)有關(guān)資料介紹，常規(guī)碳含量 的奧氏體不銹鋼在敏化溫度（４３０～８１５℃）區(qū)間停 留，會(huì)對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂敏感。該破裂鋼管材質(zhì)為常 規(guī)碳鋼，裂紋位置位于焊縫熱影響區(qū)內(nèi)，熱影響區(qū)必 然經(jīng)過(guò)敏化溫度區(qū)間的短暫停留，即具備了連多硫 酸應(yīng)力腐蝕破裂的材料因素。

（３）應(yīng)力因素 鋼管壁厚５ｍｍ，但焊接熱影響 區(qū)寬度則高達(dá)近２０ｍｍ，盡管裂紋不是焊接裂紋， 但是，焊接熱影響區(qū)較寬，焊接后由于焊接接頭的收 縮，熱影響區(qū)部位必然存在較大的殘余軸拉伸應(yīng)力 作用。因此，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管具備了 連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力因素。

綜上所述，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管同時(shí) 具備了連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì)因素、材質(zhì)因 素和應(yīng)力因素，這就進(jìn)一步證實(shí)，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏 體不銹鋼管破裂為連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。

因該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管需焊接，應(yīng)力 因素不可避免，但降低焊接電流，加快焊接速率，減 小焊接熱影響區(qū)的范圍，即可降低鋼管焊接后的殘 余焊接應(yīng)力，從而可降低鋼管連多硫酸應(yīng)力腐蝕的可能性。另一方面從介質(zhì)因素改進(jìn)，該奧氏體鋼管 在使用過(guò)程中，不可避免會(huì)在內(nèi)壁產(chǎn)生ＦｅＳ，在停工 時(shí)，應(yīng)用氬氣吹掃管內(nèi)的空氣和水分，并立即密封鋼 管的兩端口，避免管內(nèi)存在空氣和水分，即可避免連 多硫酸的產(chǎn)生，因此可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。 事故責(zé)任方根據(jù)本工作提供的預(yù)防措施，鋼管停工 時(shí)，用氬氣吹掃管內(nèi)的空氣和水分，并立即密封鋼管 的兩端口，未再出現(xiàn)裂紋事故。

３ 結(jié)論

（１）該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管裂紋為連多 硫酸應(yīng)力腐蝕裂紋。

（２）向該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不銹鋼管內(nèi)吹掃氬 氣，密封兩端口，可避免連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂。焊 接時(shí)降低焊接電流，加快焊接速率，減小焊接熱影響 區(qū)的范圍，也可降低連多硫酸應(yīng)力腐蝕破裂的可 能性。

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