不銹鋼管件典型穿孔泄漏失效分析報告

 浙江至德鋼業有限公司針對一例不銹鋼管件穿孔泄漏失效試樣開展分析，通過材質分析、介質分析、宏觀形貌分析、SEM及EDS分析、金相分析等多種手段發現，該不銹鋼管件發生穿孔泄漏的原因為氯離子導致的點蝕穿孔。由于不銹鋼具有較好的耐蝕性，被廣泛應用于化工裝置壓力管道中。而一定氯離子濃度可導致不銹鋼形成點蝕。有關不銹鋼的點蝕機理被國內外學者廣泛研究。至德鋼業受某企業委托，對其提供的不銹鋼管件穿孔泄漏試樣開展了失效分析。該彎頭所屬管道在安裝完成并實施水壓實驗后空置數月，預投用前進行氣密試驗時發現彎頭底部區域有兩處明顯蝕孔，其中一孔已蝕穿。

一、失效試樣情況

 針對提供的兩個割樣，其一為不銹鋼焊管，其二為不銹鋼彎頭，分別命名為1#試樣和2#試樣，如圖所示，其中上部樣為1#樣，下部樣為2#樣。

二、材質分析

 對2#試樣取樣打磨，在賽默飛世爾ARL 4460型直讀式光譜儀上進行光譜檢測分析，得到結果如表所示。結果表明該試樣化學成分與隨樣彎頭的質量證明書中所用材料數據（A403GrWP304-s）基本相符，對應國內GB/T 13296中普通304材料。

三、介質分析

 據企業所述，該不銹鋼彎頭所屬管道水壓試驗用水取自企業自有鍋爐輸出的純水，因當初試驗的水樣已無法獲得，對其委托當日從同一來源取得的純水水樣進行水質化驗，其中氯離子含量為2mg/L，水質pH為7.2，屬低濃度中性水。

四、宏觀形貌

 宏觀觀察發現，1#試樣蝕孔較圓，垂直向內發展，直至穿通。切取了2#試樣上包含未貫穿蝕孔的部分進行分析，如圖3所示，其上的蝕坑近似橢圓形，進一步觀察，凹坑口小肚，具有點蝕特征。為查明腐蝕介質，如圖4所示將2#樣品沿圖中黑線用清洗了油污的手鋸鋸開，左側做腐蝕凹坑內形貌SEM分析及腐蝕產物EDS分析，右側試樣進一步取樣進行金相微觀組織分析。

五、SEM和EDS分析

 腐蝕凹坑中的表現為活化腐蝕特征，局部具有一定的沿晶特征，腐蝕縫隙中可觀察到較多的腐蝕產物附著。另外，凹坑中還存在較多的深挖下去的小凹坑。種種跡象都表明，發生了點蝕。隨后對腐蝕產物成分進行了能譜（EDS）分析，結果如圖。EDS分析結果顯示，腐蝕產物中含有較大量的氯離子，局部高達1.5%，還發現了較多的鈉元素、氧元素。能譜分析結果進一步驗證了該不銹鋼管穿孔原因為富氧環境下的氯離子導致的點蝕穿孔，考慮到1#蝕坑位于焊管兩焊縫交叉區域，2#蝕坑為不銹鋼彎頭背彎區域，兩不銹鋼管件制造加工過程中存在的殘余應力也會加速其腐蝕。

六、金相分析

 母材組織為奧氏體，有輕度敏化。從腐蝕凹坑中的腐蝕形態可以看出，腐蝕有發生于晶粒上的，有沿晶發展的。且沿晶腐蝕速度略高于晶粒的腐蝕。晶粒腐蝕和晶界腐蝕互相促進，加速了腐蝕進程。

七、結論

  根據企業提供的信息，經包括送檢水樣水質化驗、彎頭材質光譜分析、宏觀分析、SEM及EDS分析與金相分析等試驗項目，結果表明不銹鋼管道及管件穿孔泄漏失效的原因為氯離子導致的點蝕穿孔，因腐蝕穿孔部位為管道的底部，水壓試驗后的少量殘余水分隨著時間的延長不斷聚集在管道底部，經蒸發濃縮形成局部氯離子含量偏高，輕度敏化的不銹鋼材料表面鈍化膜受活性較強的氯離子破壞，使材料發生點蝕，導致腐蝕穿孔泄漏失效。