w2015-0011-0Cr18Ni9不锈钢管孔洞成因分析 - 刘志刚(1) - 图文

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DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0777.20150011

0Cr18Ni9不锈钢管孔洞成因分析

刘志刚1， 齐艳飞1， 边勇俊1， 陈 洁1， 孙荣志2， 李雪松2

（1.国家钢铁产品质量监督检验中心（唐山）理化实验室，河北 唐山 063000；

2.唐山瑞丰钢铁（集团）有限公司中心实验室，河北 唐山 063000）

摘 要：通过化学成分分析、金相检验、扫描电镜分析，对0Cr18Ni9不锈钢管孔洞形成的原因进行分析。结果表明：管内壁粘结钼顶头脱落层，管生产中存在带状偏析、D类非金属夹杂物，同时存在热应力和形变应力等缺陷，在含氯的介质作用下，钝化膜破坏产生了点蚀，导致余热回收工程管线多处出现孔洞并漏水。 关键词：不锈钢管；孔洞；钼顶头；氧化脱落层；腐蚀 文献标志码: B 文章编号: 1001-0777（2015）04——

Analysis of holes of 0Cr18Ni9 stainless steel pipe

LIU ZHi-gang1，QI Yan-fei1，BIAN Yong-jun1，CHEN Jie1，SUN Rong-zhi2，LI Xue-song2

(1.China National Center for Quality Supervision and Test of Iron Steel (Tangshan), Tangshan 063000,China；2.Tangshan Ruifeng Iron ＆Steel

(Group) Co.. Ltd., Tangshan 063000, China）

Abstract：The holes of 0Cr18Ni9 stainless steel pipe was analyzed by chemical composition, metallurgical test and scanning electron microscope(SEM) . The passive film is damaged because flakes of Mo piercing mandrels on inner-wall of pipe，band segregation、D type inclusion series、heat stress、deformation stress and solution containing Cl etc. This Lead to Pitting .Pitting cause the holes in project pipeline of waste heat recovery to appeare and leak water .

Key words: stainless steel pipe; holes; molybdenum mandrels; oxide layer of shedding; corrosion

大多数无缝管的生产采用钼合金顶头穿孔工艺。将钢坯加热至高温奥氏体化使碳化物充分溶解，提高塑性变形和穿孔能力，穿孔过程中钼顶头在高温奥氏体钢中受摩擦力和压应力，钼顶头表层有氧化脱落，部分粘结在管内壁，并且管残留了形变应力和热应力。2012年，唐山瑞丰钢铁（集团）有限公司炼钢余热回收工程运行前进行检测，水压至0.4 MPa时，发现管线多处漏水，剥开保温层发现多处孔洞，孔洞大多在管线底部。国家钢铁产品质量监督检验中心（唐山）理化实验室接受委托，对炼钢余热回收工程管线孔洞的形成原因进行分析。

1 外观及取样

管表面有多处孔洞，在焊接连接较长的管中，选孔洞较大较明显处截取长1 500 mm管1段，内壁有水残留的痕迹，把水吹干发现孔洞处有凸起的方形小颗粒物，见图1（a）。在管孔洞处冷加工50 mm×30 mm样品（孔洞在样品中部），做扫描电镜、金相和化学成分检测样品。孔洞大小不一，直径约φ0.5 mm～φ2 mm不等，孔洞周边腐蚀产物较多，见图1(b)。锤击凸起的方形小颗粒物一块，断口新鲜光亮，边缘有腐蚀的痕迹，做为扫描电镜样品。

作者简介：刘志刚（1977－），男，大学本科，工程师；E-mail：13180429599@163.com；收稿日期：2015-03-20

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(a) (b)

(a) 管内壁； (b) 管内壁钼顶头氧化脱落层。

图1 样品孔洞外观 Fig.1 Appearance of the holes

2 理化检验

2.1实验设备及方法

采用ZEISS EVO MA15扫描电镜（卡尔蔡司），Axio Observer Alm型研究级倒置智能数字材料显微镜（蔡司）。 依据GB/T13298—1991《金属显微组织检验方法》标准制备金相试样，试样腐蚀剂为4 g硫酸铜、20 ml盐酸和20 ml蒸馏水的混合溶液。

2.2化学成分分析

依据GB223对管的化学成分进行分析，符合GB/T 14976—2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》0Cr18Ni9的技术要求，见表1。

表1 0Cr18Ni9钢化学成分分析（质量分数）

Table 1 Chemical composition of 0Cr18Ni9 % 化学元素 标准要求 检测结果

Ｃ ≤0.07 0.05

Ｓi ≤1.00 0.41

Ｍn ≤2.00 0.87

Ｓ ≤0.030 0.003

Ｐ ≤0.035+0.005

0.040

Ｃr 17.00～19.00

17.59

Ni 8.00～11.00

8.06

依据GB/T8538对试压水的成分分析，氯离子9mg/L。

2.3扫描电镜分析

能谱分析表明，管内壁的“楔形”腐蚀产物以氧化物和氯化物为主；方形小颗粒物含钼较高，说明是钼顶头表面的氧化脱落层，见图2（a）、（b）；（3）方形小颗粒物断口为解理断口，断口边缘有微小三角形和方形的腐蚀

［1］

坑，有腐蚀开裂的特征，见图2（c）。

(a)

(b)

(c)

图2 试样分析图

(a)电镜图；(b)能谱图；(c)断口形貌图。

Fig.2 Analysis diagram of sample

2.4金相检测

方形小颗粒物金相组织与不锈钢管基体明显不同，组织为白亮基体+网状+圆点状，见图3（a）上部，局部放大组织见图3（b）。不锈钢管基体放大显微观察，带状偏析的奥氏体组织，未发现α相析出，有少量D类夹杂，证明管的原料钢0Cr18Ni9经过了固溶处理，见图3（C）。

［2］

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(a) (b)

（a）方形小颗粒与基体；(b)小颗粒局部；（c）不锈钢管基体。

图3 金相显微组织 Fig.3 Metallographic microstructure

3综合分析

经过上述检测，0Cr18Ni9不锈钢管孔洞形成的原因与下列因素有关：（1）管内壁粘结钼顶头脱落层，在含有

氯根的水介质（试压水中含氯根9 mg/L）中作用了半年，由于管基体与钼顶头脱落层电极电位不同，在电化学腐

［3］［1］［4］［5］

蚀作用下，含氯离子的最容易引起点蚀，发生了阳极腐蚀即点蚀。（2）管生产中存在带状偏析、D类非

［6］［7］

金属夹杂物，同时存在热应力和形变应力等缺陷，在含有氯根的水介质中作用了半年，发生了阳极腐蚀即点［1，3］蚀。虽然在点蚀处没有发现与带状偏析、D类非金属夹杂物、热应力和形变应力直接相关的证据，但是诸多

［1，3］

参考文献都论述了点蚀与这些缺陷相关。

［8］

点腐蚀是奥氏体不锈钢中常见的腐蚀破坏形式之一，一般认为点腐蚀是由于氧化膜表面所吸附的腐蚀性阴［9］［9］

离子穿过钝化膜或腐蚀性阴离子互换，在氯离子作用下最容易发生点蚀。在介质的作用下，腐蚀性阴离子

［10］［1］

与金属离子结合形成强酸盐，溶解不锈钢钝化膜，钝化膜局部受到破坏产生点蚀。

4 结语

管出现孔洞的主要原因是管存在内壁粘结钼顶头脱落层，管生产中存在带状偏析、D类非金属夹杂物，同时存在热应力和形变应力等缺陷，在含氯的介质作用下，钝化膜的破坏产生了点蚀，导致余热回收工程管线多处出现孔洞并漏水。 参考文献：

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