304不锈钢管件裂纹原因分析及对策探讨

宋文武

摘 要：304不锈钢管件广泛应用于各个领域，某企业使用的304不锈钢折弯管件出现裂纹并导致液体渗漏。本文采取裂纹观察、微观分析、化学分析、金相分析、显微硬度分析等检测方法，较为全面地分析总结了上述304不锈钢管件出现裂纹的原因，并提出相应对策。经过多重检测分析，发现出现裂纹的304不锈钢管件的化学成分不在304成分标准值区间内，拉拔工艺差导致内孔粗糙度较差，硬度偏高，管件材料中包含较多夹杂物，存在质量缺陷，致使管件在折弯部位有裂纹产生，抗腐蚀性能下降，在日常应用中出现渗漏，性质为应力腐蚀裂纹。

关键词：304不锈钢管件;内孔粗糙度;显微硬度;折弯;应力腐蚀;对策分析

某企业使用的不锈钢管件出现裂纹并导致液体渗漏，该企业送我司管件样本进行检测，意图寻找裂纹原因，并询问我司是否可以生产符合他们要求的合格产品。经过我司初步识别，出现裂纹的304不锈钢管件为焊管，并且裂纹主要产生在钢管的折弯部位。看图纸中的工艺设计要求，材料化学成分要符合美标ASTM A312，但并未注明硬度和粗糙度要求。通过我司的研究分析，总结裂纹出现的原因，我司可以生产满足客户要求的合格产品。

1 裂纹观察

从外部对该304不锈钢管件进行观察是我司宏观检测的主要方法，将该管件外部清理干净后发现，裂纹主要集中在管件的折弯部位，且临近焊缝，裂纹附近管件表面颜色偏暗，观察可见较为密集的点状腐蚀凹坑。进行外部观察后，我司对焊接处进行了涡流探伤检测，结果为显示其具备裂纹性缺陷。

2 微观分析

随后我司对304不锈钢管件进行微观检测，将该管件进行对剖后并使用丙酮清理干净后观察内壁情况可见，弯管部位两侧的直管内壁粗糙度不是太好，用粗糙度仪测量，内壁粗糙度在Ra2.0以上，可以判断钢管拉拔工艺为多道次空拉，不是抽芯精拉。同时，对弯管处内壁进行观察后，发现靠近焊接处有较浅的腐蚀痕迹，并出现多处细小裂纹，同时发现点蚀凹坑。观察管件其他内壁部位，未发现裂纹或腐蚀等痕迹。

我司对弯管的焊缝处、裂纹处和其它任意部位进行取样并做显微检测。微观分析结果发现，弯管位置的内壁和外壁两侧都有多处裂纹。外壁一侧裂纹自点蚀凹坑底部起，呈现树枝状内壁一侧裂纹自焊接部位的腐蚀处起，呈现平行斜向，有分叉出现，显示为穿晶裂纹，并贯通内外壁。从分布特点上来看，裂纹集中出现在弯管部位附近，同时，内壁和外壁裂纹均有应力腐蚀裂纹特征。根据金相分析结果，显示夹杂物较多。测量显微硬度，HV350左右，钢管做折弯加工，硬度偏硬。

3 低倍检测

对问题管件作热酸侵蚀处理后，行低倍检测，检测结果显示弯管位置存在大量的细小裂纹，裂纹起源于管件外部的点蚀凹坑底部，表现为树杈状。进一步截取管壁厚截面进行检测可见，上述裂缝从点蚀凹坑底部逐渐向管件内壁扩展。

4 化学成分分析

参照304不锈钢管件材料的化学成分标准（美标ASTM A312），我司对问题管件进行了光谱和碳硫检测分析，发现该管件从化学成分上来看，未完全满足美标ASTM A312标准要求。

5 检测结果分析与应对

对上述企业来样问题管件进行检测后发现，管件裂纹和渗漏均出现在弯管处附近。采取涡流探伤以及酸蚀检查后，检测结果显示该304不锈钢管件弯管部位渗漏处和对侧外壁均有颜色偏暗的腐蝕斑，并且存在大量明显的点状腐蚀凹坑，同时在凹坑底部有多条裂纹，呈现由外壁向内扩展的状态。而从问题管材内壁检测情况来看，内壁粗糙度较差，裂纹主要存在于弯管受应力较高的部位，裂纹表现出斜向平行的分布特点，先经管壁垂直方向扩展，之后成树杈状扩展至外壁。另外，问题管件的内壁、外壁裂纹都存在应力腐蚀特征。

我司对问题管件的化学成分检测结果显示，该管件的化学成分组成不在美标ASTM A312标准区间内，且从抗腐蚀材料构成来看，镍和铬元素水平较低，影响304不锈钢管件质量。这样的304不锈钢管件在日常工作中容易出现应力集中，尤其是折弯部位附近和夹杂物附近更容易出现，导致这一部位成为关键裂纹的起源处。显微硬度结果显示，硬度在HV350左右，硬度高也是产生裂纹和应力腐蚀的一个原因。

在应对方面，加强对304不锈钢管件原材料的质量管理，保证管件生产符合标准，防止不合格材料进入生产环节。此外，因为钢管要做折弯加工，经过沟通，零件使用对强度要求不高，我司建议图纸增加硬度和粗糙度要求，硬度做到HV250-300之间，内孔粗糙度小于Ra1.0。我司可以为客户专门定制适合的不锈钢带，并制定拉拔生产工艺，可以生产出符合要求的钢管。一般材质不符合标准，夹杂物多的材料，基本都是小钢厂冶炼生产的，因为小钢厂冶炼技术和设备落后，管理不规范，容易发生材质不符合标准的情况。我司焊管用不锈钢带都是张家港浦项公司生产，质量管理规范，基本不会出现材质不符合标准的情况。而且我司检测设备齐全，光谱仪，碳硫检测仪，粗糙度仪，万能材料试验机，显微硬度计等检测设备一应俱全，有完备的原材料进料检测手段。产品生产完成后，所有客户要求的指标，我司都会做检测并提供书面检测报告，保证我司产品符合客户要求。

上述企业听取我司建议，修改了图纸要求，并与我司合作多年，钢管未出现不合格的情况，我司一直被这个企业评为A级供应商。

参考文献：

[1]陶涛. 304不锈钢管件裂纹原因分析及对策[J]. 辽宁化工，2020，49（12）：1514-1515，1538.

[2]陈晓潇. 304不锈钢脱盐水管件渗漏失效分析[J]. 金属世界，2020（2）：52-56.

[3]张晶. 304不锈钢管滚珠旋压工艺研究[D]. 辽宁：沈阳理工大学，2014.

[4]鲍世平，李明，刘京东. 厚壁型不锈钢管道应力腐蚀开裂及对策[J]. 石油化工腐蚀与防护，2013，30（4）：12-16.

[5]刘文忠. 加氢原料油脱氯水洗线三通裂纹产生的原因及分析[J]. 石油化工腐蚀与防护，2016，33（2）：32-35.

[6]来维亚，杜小英，索涛，等. 石化制氢管路异径三通泄漏失效分析[J]. 石油管材与仪器，2019，5（6）：70-74.