316L属于奥氏体不锈钢，对应国内牌号，具有良好的塑性和耐蚀性，该不锈钢中添加的Mo元素大大提高了其耐点蚀能力。 因此，316L不锈钢在石化、制药等行业得到广泛应用。 某企业使用的316L不锈钢盘管在使用过程中，发现管壁渗漏、穿孔。 管内工作介质为水蒸气，工作压力为0.9MPa，管外介质为强碱和铜粉，工作压力为1.0MPa，内外壁有压差。 笔者对其失效的原因进行了实验分析和研究。
1 宏观分析
1.1 外观检查
从外部宏观目测发现，泄漏孔为外壁直径约2mm的小孔，如图1a所示。 内壁有4个纵向排列的直径约1mm的小孔，可见大量“皮肤状”裂纹，如图1b所示。
图1 漏孔宏观形貌
1.2 放大宏观检查
用变倍体视显微镜观察，图2a是放大40倍后内壁漏孔的宏观照片； 图2b为漏孔切割后的外观，孔内空间较大，总体积约4mm3，孔壁起伏不平，不规则。
图2 漏孔形态
2 检测与分析
2.1 光谱化学成分分析
用全光谱直读光谱仪对泄漏孔周围的样品进行化学成分分析。 结果（平均值）如表1所示，与ASME SA213中材料成分比较，符合标准要求。
表1 化学成分分析结果（质量分数）（%）
2.2 拉伸试验
采用电子万能试验机，从卷材上取试样进行拉伸试验，结果见表2。试样断口形貌为塑性断口。 从对比中可以看出，该材料的抗拉强度、屈服强度和断裂后伸长率均符合ASME SA213标准。
表2 力学性能测试结果
2.3 工艺性能测试
采用电子万能试验机进行扩口和压扁试验。 结果如表3所示。试验后扩口试样外观如图3所示，管内壁无裂纹。 展平样品的形貌如图4所示，展平样品外壁的拉伸表面产生裂纹。 裂纹开口端外壁为旧断口，裂尖为新断口。 可见管外壁有陈旧裂纹。
表3 工艺性能测试结果
图 3 扩口试样
图4 压扁试样拉伸面裂纹
2.4 显微金相分析
显微金相试样是在卷材的内外壁和内部加工而成，试样的横截面经研磨抛光，然后用金相显微镜观察。 从图5a可以看出，线圈内壁有“皮肤状”裂纹，“皮肤”底部有微裂纹； 从图5b可以看出，外壁存在大量的微裂纹，这些微裂纹起源于缺陷或腐蚀坑。 沿着夹杂物展开； 从图5c可以看出，内部存在大量粒状、条状、块状包裹体，包裹体大小为5～25μm。
图5 卷材不同区域示意图
用金相显微镜观察腐蚀试样为奥氏体，平均晶粒尺寸为6.5，晶界处有析出相，如图6a所示。 从图6b可以看出，内壁有大量的变形滑移线微型不锈钢盘管，表明存在残余应力； 从图6c可以看出，外壁存在穿晶和晶间裂纹。
图6 金相图
2.5 扫描电镜分析
使用扫描电子显微镜观察裂纹断裂。 图 7a 是旧骨折。 从图7b漏水孔内壁外观可以看出，表面有“泥纹”腐蚀产物。
图7 失效部位的SEM形貌
2.6 能谱分析
对图7a中的旧断口试样进行能谱分析，如图8所示，结果见表4。腐蚀产物比较复杂，主要成分为氧化物，以及Cu、Na、等也混杂。
表4 能谱分析结果（质量分数）（%）
图8 分析点能谱
3 综合分析
根据以上测试数据，不锈钢卷材的化学成分、抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均符合ASME SA213标准的要求。 扩口试验合格微型不锈钢盘管，压扁试管外壁受拉面出现裂纹，开口端出现旧裂纹。 金相显微分析和SEM+EDS表明，组织为奥氏体不锈钢，但存在大小不一的粒状夹杂物，表面有“泥纹”腐蚀产物，特别是在漏孔处。 孔壁起伏不规则，“翘皮”处有大量微裂纹，沿包裹体扩展。
4 结论与建议
316L不锈钢盘管泄漏的主要原因是材料中存在大量夹杂物、氧化物腐蚀产物、微裂纹等。 由于夹杂物的存在破坏了基体的连续性。 在残余应力和内外壁压力差的共同作用下，夹杂物处易产生裂纹并扩展，夹杂物与高温水蒸气接触。 耐蚀性远低于材料本身，因此夹杂物被腐蚀，最后在管壁内部形成孔洞，造成管壁穿孔漏水。 为避免类似的泄漏故障，建议采取以下措施：
1）对于线圈的使用环境，应选用夹杂物少的优质316L不锈钢。
2）控制工作介质的纯度，尽可能避免腐蚀性物质对管道的影响。
3）线圈组件在折弯焊接后进行热处理，有效释放残余应力。
参考资料：略。
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