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h s n 7 0 1 冷凝管失效分析 蒋长乐韦绍林 ( 中铝洛铜质量管理中心4 7 1 0 3 9 ) 摘要：某船用h s n 7 0 1 冷凝管使用过程中腐蚀穿孔，本文通过化学成分、金相组织以及能 谱分析、扫描电镜等试验方法对失效样品进行了分析，结果表明，介质中的a 一引起管 壁内部局部发生点蚀，加上冲刷腐蚀、脱锌腐蚀、晶间腐蚀的交互作用，引起加速腐蚀，最 终导致材料腐蚀穿孔，本文最后还提出了预防或延缓腐蚀穿孔的措施。 a b s t r a c t ：h s n 7 0 - 1b r a s st l l b eo fs h i pw e r eh a p p e nt oc o r r o s i o np e r f o r a t i o ni nt h ec o u r s eo fu s i n g t h i sa r t i c l e a n a l y z es a m p l e sb yc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n a l y s i s ，m i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i s ，e n e r g y s p e c t r o s c o p ya n a l y s i sa n ds e ma n a l y s i s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a j o rc a u s e sf o rc o r r o s i o n p e r f o r a t i o na l ep i t t i n gc o r r o s i o ni na q u e o u sm e d i aw i t hc if l s t l y a n de r o s i o n - c o r r o s i o n 、 d c z i n c i f i c a t i o nc o r r o s i o na n di n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o nd u et oa c c e l e r a t e dc o r r o s i o n ，a n df m a l l y c o r r o s i o nc r a c k i n go fh s n 7 0 - 1b r a s s a n dt h em e a s u r e sw e r ep u tf o r w o r dt op r e v e n t i n go r d e l a y i n gf o rc o r r o s i o np e r f o r a t i o ni nt h ee n do ft h i sa r t i c l e 关键词：h s n 7 0 1 ；腐蚀穿孔；失效分析；冲刷腐蚀；脱锌腐蚀；晶间腐蚀 k e y w o r d s ：h s n 7 0 1 ，c o r r o s i o np e r f o r a t i o n ，f a i l u r ea n a l y s i s ，e r o s i o n - c o r r o s i o n ，d e z i n c i f i c a t i o n c o r r o s i o n ，i n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o n l 刖置 在c u - z n 二元合金加入主要合金元素锡而形成的复杂黄铜称为锡黄铜，锡可抑制黄铜 脱锌腐蚀，提高黄铜的耐蚀性能，h s n 7 0 1 即是其中牌号之一，合金中同时还加入了微量的 砷，虽然在一定程度上降低了铜的导电及导热性能，但能够更加有效的防止脱锌腐蚀， h s n 7 0 1 广泛应用于热交换器，特别是用于电厂、船舶用热交换器冷凝管。某船用热 交换器使用数月后发生泄露，经查发现所用h s n 7 0 1 冷凝管多处被腐蚀穿透( 见图1 ) ， 剖开管子后观察，内壁腐蚀孔呈圆形或椭圆形，口径由内壁向外壁逐渐缩小，呈喇叭状，穿 孔处局部腐蚀也较为严重( 见图2 ) ，本文对h s n 7 0 - 1 冷凝管样品从成分、金相组织、扫 描电镜进行了检测分析，探讨了腐蚀穿孔失效的原因，并提出了预防或减缓腐蚀穿孔的措 施。 罔l 冷凝管脯蚀穿 l s b g t s n 貌 吲2 剖开后内部腐蚀孔局部放大图 2 实验 样品牌号h s n 7 0 1 ，规格：十1 5 m m l m m ，状悉：y 2 ，检测仪器：o b s e r v c r a l m z e i s s 金相显微镜，p r o g r e s c a p t u r e p r 0 2 5 图像采集系统，m i a p s m 一53 网像分析系统，j s m - 6 5 1 0 押描电镜 2 1 化学成分分析 在缺陷样品上取样进行化学成分分析，分析结果见表1 ， 表lh s n 7 0 1 化学成分分析结果 批号 。 f e ：学 分p b 。 。 。 标准要求16 9 0 7 10 0 8 l3 0 5 实际音量 6 93 90 8 6 05 2 2 金相组织 样品沿纵截而镶样及制辑，浸蚀后品微观察，组织均为正常的u 再结品组织，组织较 为均匀，晶粒甲均直径为0 0 3 5 m m ( 见崮3 ) ，样品穿扎处纵截面金相组织小仅町以观察 到较为光精无腐蚀产物附着的干净界面( 见图4 ) ，也同时观察到疏松多扎的严重腐蚀形 态( 见图5 ) 及晶问腐蚀现象( 见图6 ) 。 图3 正常处显微组织倍率1 0 0 崩4 蚀孔趾显馓组织倍宰5 0 围i i 箭头1 所示为管外壁箭头2 所示 为管内壁腐蚀坑壁) 露曩 图5 蚀孔处显微组织倍率：1 0 0 ( 吲中箭头l 所示为管内壁， 箭头2 所示为管内壁腐蚀坑截面j 2 3 电镜分析 刚6 蚀孔处显微组织倍率： 0 0 x ( 图中箭头l 所示为管内壁， 箭头2 所示为管内擘府蚀坑截面) 分别对正常铜基体以及缺陷疏松多孔处进行能曾仆析( 见削7 、8 ) ，并分析丁腐蚀穿孔 处s e m 形貌( 见图9 ) 。 图7 正常铜摹体自b 谱分析 黧 c i k 图8 疏松多孔处能谱分析 黧爨 图9 腐蚀穿孔处s e m 形貌 3 实验结果与讨论 样品缺陷处化学成分分析结果均符合国标g b t 5 2 3 12 0 0 1 要求( 见表。 从穿7 l 处纵断而的金帽组织米看，局部较为平滑干净朱见腐蚀产物附着，在穿孔处截 面局部也观察到疏松多孔的严重腐蚀形态以及品问腐蚀现象。 穿孔处铜基体能i * 分析未检测到a s ，疏松多孔腐蚀严重处能谱分析结果表明z n 含量很 少，c u 含量较高，且吉有一定量的c l + 穿孔处s e m 形貌可以观察到腐蚀产物附着以及杆 品腐蚀的迹象。 在穿孔处较为平滑干净，未观察到腐蚀产物附着的局部表现出典型的冲刷腐蚀特征。 穿孔处疏松多孔的严重腐蚀形态表现出较为明显的脱锌腐蚀特点，l 圳n 锌鹛 蚀也正是造 成绝大多数凝汽器铜管泄漏的根本原因之一，对于铜管脱锌腐蚀机理的解释目前尚无定论， 一种认为脱锌是台金巾的锌发生选掸性优先溶解即锌优先溶解历程另一种认为合金中的 铜和锌同时发生氧化溶解，而铜卫可蹦从水。p 忻出沉积在腐蚀部位，形成层紫铜层，即所 谓溶解一冉沉积历程。经过对疏松址的扫描电镜的分析结果，c u 含量偏高z n 含量很低这一 事实从个角度支持了第一种观点。促进脱锌腐蚀的因素除与介质的p h 值和有害杂质含量 有关以外，管内介质运行情况亦有较大影响当冷却水流速缓慢、管内表面有疏松附着物时 也会加剧脱锌腐蚀样品管正是经常处于运行中介质流动及停运时介质静止的交互作用，而 介质流动易造成冲刷腐蚀，介质静止易促进点蚀及脱锌腐蚀。另外从正常处的材料基体的扫 描电镜分析结果来看，局部的a s 含量没有检测到，而a s 化学成分含量符合要求，说明a s 材料在熔炼过程分布不均存在偏析的事实，而a s 正是防止口黄铜产生脱锌腐蚀的最佳元素， 材料基体上a s 的偏析容易诱发局部脱锌腐蚀的发生。 同时这种疏松多孔的腐蚀形态从金相角度观察有沿晶开裂及发展的迹象，表现出一定的 晶间腐蚀特征。 晶问腐蚀是金属材料在适宜的腐蚀性介质中沿晶界发生和发展的局部腐蚀破坏形态。在 金属材料的晶界中可能有杂质的偏聚而产生晶界吸附现象；还可能有第二相的沉淀现象；晶 界也是各种缺陷易聚集的区域，因而晶界是原子排列紊乱而又疏松的区域，存在着显著的成 分不均匀性，导致电化学的不均匀性，在适宜的腐蚀性介质中，晶界的溶解速度与晶粒本身 的溶解速度不同就会产生晶间腐蚀。另外材料在不均匀受热和受力作用下，如果引起晶界组 织结构变化也会对晶问腐蚀产生显著的影响。 引起材料晶间腐蚀的因素是多方面的，材料本身只是其中的一个方面，材料的应用环境、 使用状态以及接触的腐蚀介质都会对材料晶间腐蚀的发生和发展产生重要的影响，尤其是在 弱碱性淡水系统中的c 1 - 对铜管表面膜的局部破坏作用，是造成铜管发生点蚀的重要原因之 一，据了解样品的使用介质是淡水，而疏松多孔处的扫描电镜的分析结果证实了介质中含有 c l - ，c 1 一的存在大大增加了铜管发生点蚀的几率，而点蚀的发生也是腐蚀穿孔的直接诱因。 4 结论 样品的失效是由于管内介质中的有害元素引起管内局部发生点蚀，加上介质 流动时的冲刷腐蚀和介质静止时的电化学腐蚀的叠加作用，从而造成局部冲刷腐 蚀、脱锌腐蚀、晶间腐蚀交互作用，引起加速腐蚀，另外材料中a s 的局部贫化 也对材料抗脱锌腐蚀产生了消极的影响，多方面因素综合作用最终导致材料腐蚀 穿孔。 5 预防及应对措施 ( 1 ) 采用阴极保护技术，阴极保护有两个作用，不仅能使冷凝管阴极极化而得到保护，而且可 以在管板表面形成的钙镁沉积层填充胀管部位的缝隙，从而避免渗漏的发生。 ( 2 ) 采用表面处理技术，如采用硫酸亚铁或防腐涂层对管材表面进行处理。 ( 3 ) 采用水质及水流控制措施，当凝汽器不工作时，对管内进行清洗，减少腐蚀产物在管内 壁的附着：或者减少介质中固体颗粒物的数量，以及改善管端流速流态等，可以有效减 1 6 缓介质对管端的冲刷腐蚀。 ( 4 ) 管材材质的选择，在不同运行的介质环境中。冷凝管的耐蚀性表现出较为明显的差异， 比如加砷黄铜和海军黄铜一般适用于淡水，铝黄铜和铜镍合金一般适用于海水，如在清 洁的的海水介质中，b f e 3 0 1 1 表现出较好的耐腐蚀性能，铝黄铜在耐冲刷腐蚀性能上 明显不如铜镍合金，钛管在各种介质中均表现出优良综合耐蚀性能，但其高昂的成本限 制了它的广泛应用，因此在成本允许的条件下选择适当材质的冷凝管