為了找出304不銹鋼換熱管開(kāi)裂的原因，通過(guò)對(duì)換熱管進(jìn)行了宏觀檢查，斷口金相檢驗(yàn)，斷面電鏡掃描，腐蝕產(chǎn)物能譜分析及機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示裂紋由管壁內(nèi)、外表面啟裂，向內(nèi)延伸；硬度超標(biāo)；晶界有大量蝕坑；能譜分析Cl含量較高。結(jié)論：304不銹鋼換熱管內(nèi)局部酸性溶液腐蝕導(dǎo)致不銹鋼氧化膜破裂，膜破處滲氫導(dǎo)致氫脆，誘發(fā)Cl離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

1引言

化工企業(yè)中304不銹鋼換熱管應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）比較常見(jiàn)，但對(duì)304不銹鋼換熱管氫脆(HE)認(rèn)識(shí)不足。與碳鋼、低合金鋼相比，不銹鋼難以發(fā)生由腐蝕引起的氫脆，但在高壓氫氣環(huán)境下不銹鋼也存在氫脆的危險(xiǎn)。雖然304不銹鋼換熱管在氫環(huán)境中不能產(chǎn)生明顯的氫脆現(xiàn)象，但是卻不能忽視其在長(zhǎng)期氫環(huán)境下的脆化。充氫后304L不銹鋼塑性明顯下降，屈服強(qiáng)度σ0.2和抗拉強(qiáng)度σb有不同程度的提高。304L不銹鋼陰極充氫，只有在超過(guò)某一臨界應(yīng)力（σc）作用下才會(huì)發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變。由于304不銹鋼屬于非穩(wěn)定型不銹鋼，在氫氣中形變，或在電解充氫中形變也可能發(fā)生氫致滯后斷裂。本文的目的在于探討低于115℃高壓氫氣介質(zhì)工況下，304不銹鋼換熱管發(fā)生氫致滯后斷裂的可能性。

該換熱器運(yùn)行6年后停車(chē)裝置檢修，開(kāi)車(chē)投用28天后發(fā)生換熱管泄漏。發(fā)現(xiàn)2根泄漏位置分別距離管板內(nèi)側(cè)150 mm、200 mm附近進(jìn)氣側(cè)直管段。

2方法

2.1宏觀檢查

取2根開(kāi)裂換熱管段進(jìn)行表面檢查。

2.2樣管1金相組織檢查

按《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》對(duì)樣管1軸向截面取樣進(jìn)行顯微組織檢驗(yàn)，對(duì)樣管1環(huán)向截面金相檢驗(yàn)。

2.3電鏡掃描

打開(kāi)樣管1環(huán)向裂紋進(jìn)行斷口形貌電鏡掃描。

2.4能譜分析

對(duì)樣管1斷口表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析。

2.5化學(xué)成分分析

對(duì)樣管1取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。

2.6力學(xué)性能試驗(yàn)

對(duì)樣管1取樣進(jìn)行表面硬度檢測(cè)。

3結(jié)果

3.1宏觀檢查結(jié)果

2根有裂紋304不銹鋼換熱管，一根為環(huán)向裂紋，一根為軸向約45度角裂紋，內(nèi)表面均有腐蝕淺坑。

3.2電鏡掃描結(jié)果

斷口表面有淡黃色腐蝕的痕跡，脆性斷口，斷口表面附著有少量腐蝕產(chǎn)物，如圖3所示。斷口為準(zhǔn)解理特征，可以觀察到斷口表面存在較多撕裂楞，同時(shí)存在少量二次裂紋。

4討論

4.1管內(nèi)壁淺表蝕坑分析

管內(nèi)介質(zhì)氫氣含有微量水、CO 2、硫化物。氫氣進(jìn)料溫度115℃，換熱后在距離管板150 mm至200 mm位置水分凝結(jié)為液態(tài)水滴，吸收二氧化碳、硫化物形成局部酸性環(huán)境，是造成金屬表面氧化膜破裂的因素。工藝操作的波動(dòng)對(duì)控制酸性氣體的含量產(chǎn)生重要影響。

4.2管外壁啟裂機(jī)理分析

樣管1裂紋位置在換熱器中氫氣入口附近，金屬壁溫達(dá)到60℃以上，循環(huán)水氯離子含量800 ppm，具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂可能。腐蝕產(chǎn)物極高的氯元素含量表明有氯離子腐蝕存在。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力遠(yuǎn)小于氫致開(kāi)裂的臨界應(yīng)力，因此，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂不會(huì)誘發(fā)氫致開(kāi)裂。但氫脆導(dǎo)致的局部應(yīng)力升高會(huì)誘發(fā)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

4.3結(jié)論

304不銹鋼換熱管內(nèi)壁局部酸性溶液腐蝕導(dǎo)致表面氧化膜破裂，由此發(fā)生管壁內(nèi)部滲氫。滲氫誘發(fā)局部連片晶粒出現(xiàn)條狀馬氏體組織，材質(zhì)硬度升高，韌性下降。在晶界附近有碳原子與氫結(jié)合，形成蝕坑及氣孔，內(nèi)部應(yīng)力升高，導(dǎo)致氫致開(kāi)裂。氫致開(kāi)裂后未開(kāi)裂局部應(yīng)力升高誘發(fā)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。