灭菌器产生腐蚀裂纹的原因分析

隋守娟

摘 要：本文主要分析了一台医用灭菌器内筒筒体产生应力腐蚀裂纹的原因及影响因素。通过对新旧医用灭菌器使用情况的分析，作者发现该台医用灭菌器产生裂纹的主要原因与其所使用的内筒材料、使用环境和应力集中有关。本文再次论证了不锈钢材料在有Cl存在的环境条件下，在结构突变有应力集中的部位极易产生应力腐蚀裂纹。本文从几个方面阐述了避免此类医用灭菌器产生应力腐蚀裂纹的方法，比如改变盛装介质器具、内筒材料的选取、改变内筒结构以及容器投用后的使用环节。

关键词：医用灭菌器；裂纹；应力腐蚀；氯离子

Abstract：The article mainly analyse the reasons of a medical sterilizer developing stress corrosion flaws.Through the analysis of service condition of the old and new medical sterilizer，the generation of crack mainly related to inside the tube material of the medical sterilizer、service environment and stress concentration.The article argument again，stainless steel easy to produce corrosion crack in Cl condition in the stress concentration area of structural mutation. The article Expoud the method of avoiding stress corrosion flaws of this type of medical sterilizers from aspects of the changing the loading medium apparatus、inside the tube material selection、the changing structure of inner barrel and the use of the container after putting-in-service proavtively link.

Keywords：medical； sterilizer； stress corrosion； Cl

中图分类号：TQ053 文献标识码：A

0.引言

医用灭菌设备是现代化医院的必备设施，在医院防疫控制工作中发挥着重要的作用，在各大医院、血液中心和疾病防疫控制中心等医疗行业都有着广泛的应用。目前随着人们对医用卫生条件要求的逐步提高，近几年来制造医用灭菌器的内筒筒体和封头所选用的材料也从传统的碳钢材料转为符合国家要求的具有卫生级别的不锈钢金属材料（医用灭菌器属于夹套容器，一般夹套材料采用碳钢材料，内筒材料采用不锈钢材料）。压力容器检验人员对在用医用灭菌器这类压力容器检验过程中，极少发现有腐蚀裂纹的情况，但是在最近检验中压力容器检验人员发现一台有腐蚀裂纹的医用灭菌器。压力容器检验人员根據该台医用灭菌器的使用情况和裂纹分布情况，分析了其产生裂纹的原因和影响因素，对今后医用灭菌器的检验检测工作具有很好的指导意义和参考价值。

1.医用灭菌器基本情况介绍

该台灭菌器由国内某医疗器械公司于2008年4月制造，于2008年11月正式投入使用。该灭菌器内筒尺寸长×宽×高为1000×600×600 mm，内筒筒体材料为304（304相当于我国的0Cr19Ni9），厚度为5mm；内筒的封头材料为SUS304，厚度为6mm；内筒设计压力为0.23MPa；内筒设计温度为140℃；内筒工作介质为水蒸气。

在2012年对该台医用灭菌器进行首次检验时发现有肉眼可见的裂纹，后用无损检测渗透法对失去金属光泽部位进行检验，发现该台压力容器内筒多处产生裂纹（见如图1和图2），内筒筒体有些部位甚至裂穿。

2.灭菌器产生裂纹的原因分析

（1）该台医用灭菌器的使用环境

该台医用灭菌器在某疾病防疫控制中心使用，向该医疗机构工作人员了解了该灭菌器的使用情况。一是该台灭菌器使用频率较高，只要不出现故障，都是满负荷运转；再有一个最关键性的因素就是该灭菌器是用来压生理盐水的（生理盐水是指生理学实验或临床上常用的渗透压与动物或人体血浆的渗透压相等的氯化钠溶液。其浓度用于两栖类时是0.67%～0.70%，用于哺乳类和人体时是0.85%～0.9%）。盐水中含有Cl-，虽然放进灭菌器的盐水是用玻璃瓶盛装的，但是在灭菌的过程中，随着灭菌器内筒内水蒸汽温度的升高，有的玻璃瓶会在灭菌的过程中发生爆炸，这样盛装在玻璃瓶内的盐水就会飞溅到灭菌器内筒筒体上。根据金属材料学有关不锈钢的特性，在有氯离子作用的环境下，不锈钢的抗应力腐蚀能力大大降低，极易发生晶间应力腐蚀和点蚀，进而发生应力腐蚀开裂。

该医疗机构工作人员反应，以前用的那台老式医用灭菌器，也是用来压生理盐水用的，使用环境和工况跟现在在役的灭菌器是一样的，老式灭菌器用了十几年一点问题都没有。因为老式灭菌器按照规定还未办完报废手续，于是在医疗工作人员的带领下，我们对老式灭菌器内筒筒体做了现场宏观检查项目，经检验确实未发现任何异常状况。同样的使用条件，为什么一台产生裂纹一台完好无损呢？压力容器检验人员让该医疗机构的工作人员找出老式灭菌器的出厂原始技术资料。经审查其产品质证书发现，老式灭菌器内筒筒体所用材料为A3碳钢（A3材料等同于现在的Q235-A材料），而我们知道A3碳钢这种材料对Cl-是不敏感的。

从上述分析可以初步确定：在有Cl-的环境下，新旧灭菌器内筒所使用的金属材料不同是决定其是否产生裂纹的最主要的原因。相关文献也记载了，虽然304不锈钢材料具有良好的耐腐性能而获得了广泛的应用。但在氯离子的作用下，304不锈钢会发生应力腐蚀破裂。endprint

因为该台灭菌器内筒使用的介质是水蒸气，当盐水飞溅到内筒壁上，因为内筒筒体壁温较高可达140℃，盐水遇热就会浓缩，在这种情况下Cl-浓度就会大大增加。加之该设备的操作人员和维护人员不清楚此种情况，在清洗内筒筒壁的时候只是简单的擦洗，因此Cl-极易在内筒筒壁突变处积聚，当Cl-浓度达到临界值时，不锈钢表面的钝化膜就会遭到破坏形成蚀孔，这些蚀孔往往会成为应力腐蚀源，导致304不锈钢发生应力腐蚀破裂。应力腐蚀几乎出现在目前工程中所选用的所有常用不锈钢和合金中。

（2）应力集中作用的原因

压力容器检验人员对裂纹产生的部位进行了仔细观察，发现该台灭菌器内筒产生的裂纹基本上与加强筋平行（从图1和图2可以很明显的看到），而且产生的裂纹主要分布在内筒和加强筋相连接的部位（从图2可以很明显的看出），该台灭菌器内筒其他平缓部位并未发现任何裂纹。我们看到内筒和加强筋连接的部位结构产生了突变，与其他部位相比，这些突变部位的应力是高度集中的。同样在有Cl-存在的条件下，突变部位与其他部位相比较产生裂纹的几率就会大大增加。

经上述分析，压力容器检验人员得出该台灭菌器内筒筒体产生的裂纹应为应力腐蚀裂纹，Cl-的积聚和突变处应力的高度集中是导致该台灭菌器内筒筒体产生裂纹的两个主要因素。

结论

（1）改变盛装生理盐水的器具，使用在该种工作情况下即使内筒内介质温度升高也不会产生爆炸的器具，这样就避免了因器具爆破而盐水飞溅到灭菌器内筒上的问题。

（2）合理选材

用来压生理盐水的灭菌器内筒选材可以选用耐应力腐蚀的材料，如高纯奥氏体铬镍钢，高硅奥氏体铬镍钢，高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。其中以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。医疗机构可以根据自己灭菌器的使用环境向灭菌器制造厂家专门定制内筒材料具有耐应力腐蚀的灭菌器，这样可以解决了灭菌器内筒产生裂纹的问题，同时可以节约大量资金。

（3）改变内筒结构

灭菌器生产厂家针对此类压力容器的使用情况，可以改变不用加强筋，采用其他连接方式，把结构突变部位消除掉，以减少或消除应力集中。

（4）医疗机构针对此种情况，可以采取相应措施，减少Cl-浓度积聚的情况，比如每次用完后用水冲洗，尤其是结构突变处。这样也能够延长此类灭菌器的使用寿命。

参考文献

[1]余立君.医用灭菌设备的技术进展[J].中国医疗设备，2008，23（4）：52-54.

[2]吕国诚，许淳淳，程海东.304不锈钢应力腐蚀的临界氯离子浓度[J].化工进展，2008，27（8）：1284-1287.

[3]陸世英.不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢[M].北京：原子能出版社，1985.endprint