304不銹鋼管件裂紋原因分析及對策探討

宋文武

摘 要：304不銹鋼管件廣泛應用于各個領域，某企業(yè)使用的304不銹鋼折彎管件出現(xiàn)裂紋并導致液體滲漏。本文采取裂紋觀察、微觀分析、化學分析、金相分析、顯微硬度分析等檢測方法，較為全面地分析總結(jié)了上述304不銹鋼管件出現(xiàn)裂紋的原因，并提出相應對策。經(jīng)過多重檢測分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂紋的304不銹鋼管件的化學成分不在304成分標準值區(qū)間內(nèi)，拉拔工藝差導致內(nèi)孔粗糙度較差，硬度偏高，管件材料中包含較多夾雜物，存在質(zhì)量缺陷，致使管件在折彎部位有裂紋產(chǎn)生，抗腐蝕性能下降，在日常應用中出現(xiàn)滲漏，性質(zhì)為應力腐蝕裂紋。

關(guān)鍵詞：304不銹鋼管件;內(nèi)孔粗糙度;顯微硬度;折彎;應力腐蝕;對策分析

某企業(yè)使用的不銹鋼管件出現(xiàn)裂紋并導致液體滲漏，該企業(yè)送我司管件樣本進行檢測，意圖尋找裂紋原因，并詢問我司是否可以生產(chǎn)符合他們要求的合格產(chǎn)品。經(jīng)過我司初步識別，出現(xiàn)裂紋的304不銹鋼管件為焊管，并且裂紋主要產(chǎn)生在鋼管的折彎部位?？磮D紙中的工藝設計要求，材料化學成分要符合美標ASTM A312，但并未注明硬度和粗糙度要求。通過我司的研究分析，總結(jié)裂紋出現(xiàn)的原因，我司可以生產(chǎn)滿足客戶要求的合格產(chǎn)品。

1 裂紋觀察

從外部對該304不銹鋼管件進行觀察是我司宏觀檢測的主要方法，將該管件外部清理干凈后發(fā)現(xiàn)，裂紋主要集中在管件的折彎部位，且臨近焊縫，裂紋附近管件表面顏色偏暗，觀察可見較為密集的點狀腐蝕凹坑。進行外部觀察后，我司對焊接處進行了渦流探傷檢測，結(jié)果為顯示其具備裂紋性缺陷。

2 微觀分析

隨后我司對304不銹鋼管件進行微觀檢測，將該管件進行對剖后并使用丙酮清理干凈后觀察內(nèi)壁情況可見，彎管部位兩側(cè)的直管內(nèi)壁粗糙度不是太好，用粗糙度儀測量，內(nèi)壁粗糙度在Ra2.0以上，可以判斷鋼管拉拔工藝為多道次空拉，不是抽芯精拉。同時，對彎管處內(nèi)壁進行觀察后，發(fā)現(xiàn)靠近焊接處有較淺的腐蝕痕跡，并出現(xiàn)多處細小裂紋，同時發(fā)現(xiàn)點蝕凹坑。觀察管件其他內(nèi)壁部位，未發(fā)現(xiàn)裂紋或腐蝕等痕跡。

我司對彎管的焊縫處、裂紋處和其它任意部位進行取樣并做顯微檢測。微觀分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彎管位置的內(nèi)壁和外壁兩側(cè)都有多處裂紋。外壁一側(cè)裂紋自點蝕凹坑底部起，呈現(xiàn)樹枝狀內(nèi)壁一側(cè)裂紋自焊接部位的腐蝕處起，呈現(xiàn)平行斜向，有分叉出現(xiàn)，顯示為穿晶裂紋，并貫通內(nèi)外壁。從分布特點上來看，裂紋集中出現(xiàn)在彎管部位附近，同時，內(nèi)壁和外壁裂紋均有應力腐蝕裂紋特征。根據(jù)金相分析結(jié)果，顯示夾雜物較多。測量顯微硬度，HV350左右，鋼管做折彎加工，硬度偏硬。

3 低倍檢測

對問題管件作熱酸侵蝕處理后，行低倍檢測，檢測結(jié)果顯示彎管位置存在大量的細小裂紋，裂紋起源于管件外部的點蝕凹坑底部，表現(xiàn)為樹杈狀。進一步截取管壁厚截面進行檢測可見，上述裂縫從點蝕凹坑底部逐漸向管件內(nèi)壁擴展。

4 化學成分分析

參照304不銹鋼管件材料的化學成分標準（美標ASTM A312），我司對問題管件進行了光譜和碳硫檢測分析，發(fā)現(xiàn)該管件從化學成分上來看，未完全滿足美標ASTM A312標準要求。

5 檢測結(jié)果分析與應對

對上述企業(yè)來樣問題管件進行檢測后發(fā)現(xiàn)，管件裂紋和滲漏均出現(xiàn)在彎管處附近。采取渦流探傷以及酸蝕檢查后，檢測結(jié)果顯示該304不銹鋼管件彎管部位滲漏處和對側(cè)外壁均有顏色偏暗的腐蝕斑，并且存在大量明顯的點狀腐蝕凹坑，同時在凹坑底部有多條裂紋，呈現(xiàn)由外壁向內(nèi)擴展的狀態(tài)。而從問題管材內(nèi)壁檢測情況來看，內(nèi)壁粗糙度較差，裂紋主要存在于彎管受應力較高的部位，裂紋表現(xiàn)出斜向平行的分布特點，先經(jīng)管壁垂直方向擴展，之后成樹杈狀擴展至外壁。另外，問題管件的內(nèi)壁、外壁裂紋都存在應力腐蝕特征。

我司對問題管件的化學成分檢測結(jié)果顯示，該管件的化學成分組成不在美標ASTM A312標準區(qū)間內(nèi)，且從抗腐蝕材料構(gòu)成來看，鎳和鉻元素水平較低，影響304不銹鋼管件質(zhì)量。這樣的304不銹鋼管件在日常工作中容易出現(xiàn)應力集中，尤其是折彎部位附近和夾雜物附近更容易出現(xiàn)，導致這一部位成為關(guān)鍵裂紋的起源處。顯微硬度結(jié)果顯示，硬度在HV350左右，硬度高也是產(chǎn)生裂紋和應力腐蝕的一個原因。

在應對方面，加強對304不銹鋼管件原材料的質(zhì)量管理，保證管件生產(chǎn)符合標準，防止不合格材料進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。此外，因為鋼管要做折彎加工，經(jīng)過溝通，零件使用對強度要求不高，我司建議圖紙增加硬度和粗糙度要求，硬度做到HV250-300之間，內(nèi)孔粗糙度小于Ra1.0。我司可以為客戶專門定制適合的不銹鋼帶，并制定拉拔生產(chǎn)工藝，可以生產(chǎn)出符合要求的鋼管。一般材質(zhì)不符合標準，夾雜物多的材料，基本都是小鋼廠冶煉生產(chǎn)的，因為小鋼廠冶煉技術(shù)和設備落后，管理不規(guī)范，容易發(fā)生材質(zhì)不符合標準的情況。我司焊管用不銹鋼帶都是張家港浦項公司生產(chǎn)，質(zhì)量管理規(guī)范，基本不會出現(xiàn)材質(zhì)不符合標準的情況。而且我司檢測設備齊全，光譜儀，碳硫檢測儀，粗糙度儀，萬能材料試驗機，顯微硬度計等檢測設備一應俱全，有完備的原材料進料檢測手段。產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，所有客戶要求的指標，我司都會做檢測并提供書面檢測報告，保證我司產(chǎn)品符合客戶要求。

上述企業(yè)聽取我司建議，修改了圖紙要求，并與我司合作多年，鋼管未出現(xiàn)不合格的情況，我司一直被這個企業(yè)評為A級供應商。

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