316L不锈钢盘管的泄漏失效分析

316L属于奥氏体不锈钢，对应国内牌号为022Cr17Ni12Mo2，具有良好的塑性和耐蚀性，该不锈钢中添加的Mo元素极大地提高了其抗点蚀能力。因此，316L不锈钢被广泛应用于石化、医药等行业。某企业使用的316L不锈钢盘管在使用过程中发现管壁泄漏穿孔现象。管内工作介质为水蒸汽，工作压力0.9MPa，管外介质为强碱、铜粉，工作压力1.0MPa，内外壁存在压力差。笔者对其失效原因进行了试验分析和研究。1

宏观分析1.1目视检查从外部宏观目视检查发现，泄漏孔在外壁显示为一个直径约2mm的小孔，如图1a所示。在内壁显示为4个直径约为1mm的纵向排列小孔，并可见大量“翘皮”状裂纹，如图1b所示。

图1泄漏孔宏观形貌

1.2放大宏观检查采用变倍体视显微镜观察，图2a为内壁泄漏孔放大40倍后的宏观照片；图2b为剖开后的泄漏孔形貌，孔内空间比较大，总体积约4mm3，孔壁起伏不平、不规则。

图2泄漏孔形貌

2

检测分析2.1光谱化学成分分析对泄漏孔周边取样用全谱直读光谱仪进行化学成分分析，结果（平均值）见表1，与ASMESA213中TP316L材料成分比较，符合标准要求。

表1化学成分（质量分数）分析结果

（%）

2.2拉伸试验采用电子万能试验机，在盘管上取样进行拉伸试验，结果见表2。试样断口形貌为塑性断裂。通过对比可知，材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均符合ASMESA213标准。表2力学性能检测结果

2.3工艺性能试验采用电子万能试验机进行扩口、压扁试验，结果见表3，试验后扩口试样形貌如图3所示，管内壁无裂纹。压扁试样形貌如图4所示，压扁试样外壁拉伸面产生裂纹，裂纹开口端外壁位置为陈旧断口，裂纹尖端为新断口，可见管外壁存在旧裂纹。

表3工艺性能试验结果图3扩口试样

图4压扁试样拉伸面裂纹2.4显微金相分析在盘管内外壁及内部加工显微金相试样，试样横截面经磨制、抛光，用金相显微镜放大后观察。从图5a可见，盘管内壁上存在“翘皮”状裂纹，在“翘皮”底部还存在微裂纹；从图5b可以看出，外壁上存在大量微裂纹，在缺陷或腐蚀坑处萌生，沿夹杂物扩张；从图5c可见，内部存在大量粒状、条状、块状夹杂物，夹杂物尺寸为5~25μm。

图5盘管材料不同区域图

经腐蚀后的试样，金相显微镜观察组织为奥氏体，平均晶粒度为6.5级，并发现在晶界上有析出相，如图6a所示。从图6b可见，内壁存在大量变形滑移线，说明存在残余应力；从图6c可见，外壁存在上存在穿晶型及沿晶型裂纹。

6金相图

2.5扫描电镜分析对裂纹断口处采用扫描电镜观察，图7a为陈旧断口，从图7b泄漏孔内壁形貌可以看出，表面上均存在“泥纹花样”腐蚀产物。

图7失效部位扫描电镜形貌

2.6能谱分析对图7a陈旧断口取样进行能谱分析，如图8所示，结果见表4，腐蚀产物较为复杂，主要成分为氧化物，还夹杂有Cu、Na等。

表4

能谱分析结果（质量分数）

（%）图8分析点能谱图

3

综合分析综合以上试验数据，盘管TP316L不锈钢的化学成分、抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都满足ASMESA213标准要求。扩口试验合格，压扁试验管外壁拉伸面出现裂纹，开口端为陈旧裂纹。金相显微分析、SEM+EDS表明，组织为奥氏体不锈钢，但存在大小不等的颗粒状夹杂物，表面有“泥纹花样”腐蚀产物，尤其是泄漏孔处。孔壁起伏不规则，在“翘皮”处存在大量微裂纹，并沿夹杂物扩张。

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。基体连续性因夹杂物的存在而遭到破坏，在残余应力、内外壁压力差等共同作用下，夹杂物处很容易产生裂纹并扩展，而夹杂物与高温水蒸汽介质接触，由于夹杂物的耐蚀性远低于材料本身，因此夹杂物被腐蚀，最终管壁内部形成孔洞，导致管壁穿孔，发生泄漏。为避免发生类似泄漏失效，建议如下：

1）对于该盘管的