304奥氏体不锈钢软管失效分析

304奥氏体不锈钢软管失效分析

陈永生

陈永生

中国质量认证中心广州分中心广东广州510000

摘要：不锈钢软管产品易开裂是实际生产中普遍存在的技术难题。本文对某安装后不久的304奥氏体不锈钢波纹软管失效的原因进行分析，通过采用先进的仪器进行宏观检验，化学成分分析，金相检验，断口分析，能谱分析，最后综合总结得出软管失效的原因。希望能为有关方面的需要提供帮助。

关键词：304奥氏体不锈钢；理化检验；失效分析

0引言

奥氏体不锈钢是以铬、镍为主要合金元素，碳在γ相中的固溶体，它具有良好的耐腐蚀性和低温韧性、强抗高温蠕变能力、不存在脆性转变温度等优点，广泛用于制作要求良好综合性能的设备和机件。某单位304奥氏体不锈钢软管在压力为1.2MPa，介质为液化气的环境下使用，在安装后不久出现了开裂现象，属不正常失效行为。笔者随机选取了两根开裂软管进行检验和分析，以查明其失效原因。

1理化检验

1.1宏观检验

从同一批次304奥氏体不锈钢软管产品中选取两根钢管，分别编号为1号、2号，并对其外貌形态进行观察。如图1（a）中箭头所指，1号软管裂纹开口较大，且裂纹呈周向扩展，主要位于管接头附近，开裂范围涵盖该区域内波纹管的相邻波峰和波谷，裂纹扩展长度约占整个圆周长的1/2。2号软管裂纹开口较小，其断裂部位位于管接头附近一处波谷位置，如图1（b）中箭头所指，裂纹亦呈周向扩展，其扩展长度约占整个圆周长的1/4。1号和2号软管外壁均出现局部波形异常特征，说明软管在使用过程中受到非正常应力作用，使软管波形发生了较为严重的塑性变形，如图1（a），（b）中标注所指的位置。

2综合分析

由宏观检验结果可知，两根失效波纹软管局部受到超过其弹性极限的非正常应力作用，产生塑性变形。

由化学成分分析结果可知，两根软管的化学成分均符合标准对304不锈钢成分的技术要求。

由断口分析结果可以看出，由于软管的内外表面均存在典型的蜂窝状腐蚀形貌，且已经出现大小不一的沿晶微裂纹，这导致软管的抗拉强度和抗疲劳性能大大降低。由于在工作过程中存在脉动，因此软管受到外界交变应力作用，发生双向多源疲劳断裂，疲劳裂纹从内外表面同时向管壁中部扩展。

由能谱分析结果可知，软管内、外壁表面的蜂窝状腐蚀产物中，含有腐蚀性元素氯、硫及异常高含量的氧元素，说明软管在生产制造或者使用过程中，其管壁发生了腐蚀现象。特别应注意的是，在制造过程中，软管的外壁最易接触生产环境中的腐蚀介质；而在服役过程中，软管的内壁则直接经受着传输介质的冲刷行为，此时腐蚀介质可能在钝化膜破损的位置直接接触不锈钢组织，亦可能会较快地穿透较薄的钝化膜发生腐蚀。而腐蚀介质主要为氯离子和含硫阴离子。氯离子（Cl-）因具有极小的直径尺寸，在运动中对材料的渗透能力极强。虽然奥氏体不锈钢表面能够自行形成一层钝化膜，但氯离子能够穿透该膜层，并与钝化膜下方的金属基体发生反应，生成可溶性金属氯化物，从而使不锈钢表面氧化膜被不均匀破坏，并产生电极电位，这即为软管表面蜂窝状蚀坑群形成的主要原因。另外加之软管受到外界应力作用，在管壁表面产生了沿晶微裂纹形貌。虽然含硫阴离子不能直接导致304奥氏体不锈钢的腐蚀行为，但是能够促进氯离子对该材料腐蚀的进程。需要说明的是，失效软管的服役时间较短，说明腐蚀行为之初，极有可能是腐蚀位置的管壁表面钝化膜发生了开裂，导致了新鲜的不锈钢组织的暴露，直接与腐蚀介质接触。而钝化膜开裂则应是由软管局部受到的疲劳应力引起的。

3结论

综上所述，304奥氏体不锈钢软管失效是由于软管内外表面存在腐蚀形貌，并出现沿晶微裂纹，使软管在工作过程中的交变应力作用下，优先以沿晶裂纹处作为疲劳源，在交变应力作用下，裂纹快速疲劳扩展，形成贯穿性裂纹，最终导致软管发生瞬断。另外，在安装过程中，软管受到非正常的形变作用力，也有可能导致软管表面沿晶微裂纹扩展，使软管力学性能降低，加速失效。

参考文献：

[1]吴文庆，邹旭宣，赵逸.燃气用具连接用不锈钢波纹软管国内外相关标准比较及浅析[J].城市燃气.2013（07）

[2]贾振柱.加热炉燃料气不锈钢软管泄漏失效分析[J].石油化工腐蚀与防护.2015（01）