摘 要：某公司輸氣管項目使用的０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管，采用焊接方式連接，焊接工藝為手工電弧焊，鋼管内 輸送介質為含硫化氫等腐蝕介質的富氨液，管内介質壓力０．５ＭＰａ，介質溫度３５～４５℃，運行半年後停産半年，複産 時即在鋼管焊接接頭附近發現橫向裂紋。通過宏觀低倍、微觀金相、化學成分分析以及掃描電鏡分析等一系列方 法，對該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼裂紋形成原因進行分析。結果表明：該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管的破裂原因為連 多硫酸應力腐蝕破裂，通過向該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管内吹掃氩氣，密封兩端口，可避免連多硫酸應力腐蝕破 裂。焊接時降低焊接電流，加快焊接速率，減小焊接熱影響區的範圍，也可降低連多硫酸應力腐蝕破裂的可能性。

關鍵詞：０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼；沿晶裂紋；連多硫酸應力腐蝕；硫化物應力腐蝕

中圖分類号：ＴＧ１７２ 文獻标志碼：Ｂ 文章編号：１００５-７４８Ｘ（２０１８）０５-０４０４-０４

某公司輸氣管項目使用奧氏體不鏽鋼管，牌号 為０Ｃｒ１８Ｎｉ９，型号為 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 奧氏體不鏽鋼管内輸送介質為含硫化氫等腐蝕介質 的富氨液，管内介質壓力０．５ＭＰａ，溫度３５～４５℃， 運行半年後停産半年，複産時即在鋼管焊接接頭附近發現橫向裂紋。為确定裂紋的形成原因，本工作 在該奧氏體不鏽鋼管裂紋附近切取１件試樣，對其 裂紋形成原因進行了分析。

１ 理化檢驗

開裂奧氏體不鏽鋼管形貌貌見圖１～２。由圖１ ～２可見：焊接熱影響區寬度達２０ｍｍ，裂紋均産生 在焊接熱影響區内。

１．１ 低倍檢驗

在奧氏體不鏽鋼管裂紋附近切取１件縱截面低 倍試樣，觀察鋼管的裂紋擴展深度情況及鋼管的低倍組織。試樣采用５０％（體積分數，下同）鹽酸水溶 液侵蝕後，其縱低倍組織形貌見圖３。由圖３可見： 裂紋是從内表面向外表面逐漸擴展的，除熱影響區 附近的裂紋外，未見其他不允許的冶金缺陷。

由圖４可見：鋼管主裂紋基本呈橫向，枝裂紋 沿主裂紋兩側，呈網狀裂紋擴展。

１．２ 化學成分

奧氏體不鏽鋼管的化學成分分析結果見表１。

由表１可見，各元素含量均符合 ＧＢ／Ｔ１２２０－２００７ 标準的要求。

１．３ 宏觀斷口形貌

将裂紋掰開後，裂紋斷口宏觀形貌見圖５。由 圖５可見：斷面上有一層黑灰色的腐蝕産物，但依稀 可見斷口是呈結晶狀的脆性斷口。

１．４ 金相檢驗

在低倍試樣裂紋處切取高倍試樣，磨制其縱向 面，在光學金相顯微鏡下觀察，裂紋微觀形貌見 圖６。裂紋呈網狀裂紋，經王水溶液腐蝕後在光學 金相顯微鏡下觀察，裂紋為沿晶裂紋，見圖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 圖８。鋼管基體晶粒度為４．５級，熱影響區晶粒度 也為４．５級。

１．５ 掃描電鏡分析結果

将奧氏體不鏽鋼管裂紋掰開後，采用掃描電鏡觀察斷口表面清洗前後的形貌，裂紋斷口表面形貌， 見圖９。由圖９可見：整個斷面均為冰糖狀沿晶斷 口。腐蝕産物微區成分能譜見圖１０，以Ｓ、Ｆｅ、Ｏ等 元素為主。

２ 分析與讨論

該奧氏體不鏽鋼管在焊接熱影響區内産生裂 紋，并且焊接熱影響區較寬。通常情況下，若焊接過 程中産生裂紋，多為焊接結晶時産生的焊接熱裂紋， 或焊後一段時間産生的焊接冷裂紋［１-５］。而奧氏體不鏽鋼管開工使用半年後未見裂紋，停工半年後複 工時立即發現裂紋，這表明裂紋并非焊接裂紋。

由裂紋宏觀形貌可見，裂紋有主幹，有分支，主 幹裂紋為橫向裂紋，裂紋産生在焊接熱影響區附近， 此處在焊接接頭收縮應力下，必然存在軸向的焊接 拉伸殘餘應力；從裂紋斷口宏觀和微觀形貌來看，裂 紋斷口面上存在腐蝕産物。這表明，該奧氏體不鏽 鋼管既受軸向拉伸殘餘焊接應力，又受腐蝕作用，因 此該奧氏體不鏽鋼管裂紋為應力腐蝕裂紋［１-２，６］。

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

産生連多硫酸應力腐蝕破裂需要介質因素、材 料因素和應力因素綜合作用，缺一不可［１，１０-１２］。

（１）介質因素 即鋼管内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、水和金屬硫化物發生反應而生成的。 反應過程見式（１）～（５）：

從該奧氏體不鏽鋼管破裂的情況來看，鋼管内 介質含硫化氫，在使用過程中硫化氫和管壁的 Ｆｅ 發生反應生成ＦｅＳ，鋼管在停工半年期間，鋼管必通 風，空氣中的 Ｏ２ 和水進入管内，必然和管壁内的 ＦｅＳ發生反應生成連多硫酸。因此，該奧氏體不鏽 鋼管破裂具備了連多硫酸應力腐蝕破裂的介質 因素。

（２）材料因素 據有關資料介紹，常規碳含量 的奧氏體不鏽鋼在敏化溫度（４３０～８１５℃）區間停 留，會對應力腐蝕破裂敏感。該破裂鋼管材質為常 規碳鋼，裂紋位置位于焊縫熱影響區内，熱影響區必 然經過敏化溫度區間的短暫停留，即具備了連多硫 酸應力腐蝕破裂的材料因素。

（３）應力因素 鋼管壁厚５ｍｍ，但焊接熱影響 區寬度則高達近２０ｍｍ，盡管裂紋不是焊接裂紋， 但是，焊接熱影響區較寬，焊接後由于焊接接頭的收 縮，熱影響區部位必然存在較大的殘餘軸拉伸應力 作用。因此，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管具備了 連多硫酸應力腐蝕破裂的應力因素。

綜上所述，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管同時 具備了連多硫酸應力腐蝕破裂的介質因素、材質因 素和應力因素，這就進一步證實，該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏 體不鏽鋼管破裂為連多硫酸應力腐蝕破裂。

因該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管需焊接，應力 因素不可避免，但降低焊接電流，加快焊接速率，減 小焊接熱影響區的範圍，即可降低鋼管焊接後的殘 餘焊接應力，從而可降低鋼管連多硫酸應力腐蝕的可能性。另一方面從介質因素改進，該奧氏體鋼管 在使用過程中，不可避免會在内壁産生ＦｅＳ，在停工 時，應用氩氣吹掃管内的空氣和水分，并立即密封鋼 管的兩端口，避免管内存在空氣和水分，即可避免連 多硫酸的産生，因此可避免連多硫酸應力腐蝕破裂。 事故責任方根據本工作提供的預防措施，鋼管停工 時，用氩氣吹掃管内的空氣和水分，并立即密封鋼管 的兩端口，未再出現裂紋事故。

３ 結論

（１）該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管裂紋為連多 硫酸應力腐蝕裂紋。

（２）向該０Ｃｒ１８Ｎｉ９奧氏體不鏽鋼管内吹掃氩 氣，密封兩端口，可避免連多硫酸應力腐蝕破裂。焊 接時降低焊接電流，加快焊接速率，減小焊接熱影響 區的範圍，也可降低連多硫酸應力腐蝕破裂的可 能性。

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<文章來源 >材料與測試網 > 期刊論文 > 腐蝕與防護 > 39卷 > 5期 (pp:404)>

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