不锈钢三通开裂分析

闫昌华



不锈钢三通开裂分析

闫昌华

（江苏省特种设备安全监督检验研究院徐州分院，江苏 徐州 221007）

通过化学成分检测，硬度试验，宏观及微观形貌分析，金相检测，扫描电镜分析等手段对不锈钢三通上出现裂纹的原因进行了分析，结果表明产品没有进行固溶处理或固溶处理不完全及焊接缺陷是导致开裂的主要原因，同时，材质中含有氧化物夹杂及大量孔洞、裂纹降低了材料的力学性能。

不锈钢三通；固溶处理；裂纹

某公司DN150 SCH40S不锈钢等径三通在使用过程中发生开裂。使用单位提供信息为其材质为304L不锈钢，依据GB/T 12459标准生产，使用介质为H2，使用温度为常温，使用压力为0.6 MPa。

1 宏观分析

经初步检查，裂纹长约13 cm，为贯穿裂纹，表面未见明显锈蚀痕迹。其中黄色区域外部没有开裂而内部已经开裂；红色焊接区域焊缝部位未开裂而内部也已经开裂。同时发现，三通能够被磁铁吸附，这说明其内部存在其他组织而非单一奥氏体。

对裂纹表面进行检查发现，断口表面洁净呈灰亮色，留有大量塑性变形痕迹，有氢致脆断的部分特征，这与环境介质有关。在环境介质中主要考虑腐蚀性物质。裂纹长，且平直分支少，背面则为单条裂纹。裂纹尖端位置没有明显变形。根据断口放射线走向判断裂纹起源于内表面并指向焊接部位，即裂纹由焊接处内表面形成。

2 线切割取样

分别对裂缝处、焊接处进行线切割取样，取样位置如图1所示，取样结果如图2所示。

图1 宏观形貌

图2 取样

3 化学成分分析

根据GB/T 1220-2007，美国AISI 304L不锈钢对应国内牌号为022Cr19Ni10，304不锈钢对应国内牌号为06Cr19Ni10，国标中对022Cr19Ni10及06Cr19Ni10化学元素的要求如表1。

表1 GB/T 1220-2007对022Cr19Ni10、06Cr19Ni10化学元素的要求（质量分数%）

4 金相组织

化学成分分析结果表明：不锈钢三通的化学成分符合06Cr19Ni10即304标准，而不是304L。

采用线切割方式对近裂纹处、远离裂纹处及焊接处进行取样，经打磨、抛光、王水腐蚀后，其金相组织如下图3-6所示。

图3 近裂纹处金相组织

图5 焊接部位金相组织

金相检测结果显示：（1）基体主要为形变奥氏体组织和碳化物；（2）存在大量沿加工方向变形的铁素体；（3）奥氏体晶粒粗大；（4）存在氧化物、铬的碳化物夹杂及孔洞、裂纹；（5）焊接部位存在未熔合缺陷。

根据GB/T 12459-2005《钢制对焊无缝管件》中“6.2管件的热处理-表17”规定，无论是304不锈钢还是304L不锈钢在冷成形后均需进行固溶处理，而测试结果表明：三通没有进行固溶处理或者固溶不完全。

5 硬度测试

分别对近裂纹处及远离裂纹处进行显微硬度测试，结果如表2所示。

表2 硬度检测结果

硬度测试结果表明，近裂纹处平均硬度为367.33 HV，远裂纹处的平均硬度为393.17 HV，均远高于GB/T 12459-2005规定。

6 扫描电镜分析

扫描电镜测试结果如图6所示。结果显示：（1）材质中含有大量孔洞；（2）断裂类型既有解理脆断又有韧性开裂；（3）存在微裂纹；（4）三通内表面断口处有氢脆产生。

7 结论

304不锈钢具有良好的室温和低温韧性、焊接性、耐蚀性和耐热性。在固溶状态下塑性很好，适于各种冷塑性变形。固溶处理的目的是使热轧过程中析出的碳化物在高温下固溶于奥氏体中，通过急冷使固溶了碳的奥氏体保持到常温，减少钢中铁素体含量；通过固溶参数的调整，可以对钢的晶粒度进行控制，使钢的组织得到软化，对整个板材的质量有着相当重要的意义。且具有典型比较意义的是，马氏体组织虽然能够提升材料强度，但马氏体组织韧性低，且耐腐蚀能力比奥氏体不锈钢差。所以，304不锈钢金相组织开裂分析得出如下特征和结论：

（1）金相组织中存在大量铁素体组织，这是由于没有按照国标进行固溶处理或者固溶处理不完全、保温时间欠短、加热温度偏低等造成；

（2）不锈钢三通中含有氧化物夹杂及大量孔洞、裂纹，这是原材料热轧过程中产生的；

（3）试样硬度不满足国家标准；材质不是委托单位提供的304L不锈钢,而是304不锈钢，型号有差别。

（4）根据断口判断裂纹由焊接处内表面形成，一方面焊接会促使铬的碳化物从奥氏体中析出，从而增加材料的脆性；同时，由于焊接部位由于存在较大热应力，再加上介质中氢气的存在，产生裂纹并发生氢脆；

（5）焊接部位存在未熔合缺陷。

[1]江利，张太超，崔永丽. 现代金属材料及应用[M]. 北京: 中国矿业大学出版社，2009: 10.

[2]吴允光. 不锈钢三通开裂原因分析及预防措施[J]. 川化，2009：（2）：3-5.

[3]朱正. 0Cr18Ni9不锈钢等径三通裂纹分析[J]. 山东化工，2016：（1）：76-78.

[4]任颂赞，叶俭，陈德华. 金相分析原理及技术[M]. 上海: 上海科学技术文献出版社，2012.

Cracking Analysis of Stainless Steel Tee

(Jiangsu Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Xuzhou Branch, Jiangsu Xuzhou 221007, China )

Cracking reasons of stainless steel tee were analyzed through the chemical compositions testing, hardness testing, macroscopic and microscopic analysis, metallographic detection, scanning electron microscope. The results showed that the reasons of cracking were lacking of solid solution treatment and welding defect, additionally the existing of oxide inclusion and tiny poles, welding cracking also affected the mechanical properties of material.

stainless steels tee；solid solution treatment；welding cracking

TQ 051

A

1004-0935（2017）12-1210-04

2017-09-11

闫昌华（1982-），男，工程师，江苏省徐州市人，2006年毕业于江苏科技大学热能与动力工程专业，研究方向:从事特种设备检测 技术工作。