滅菌器產生腐蝕裂紋的原因分析

隋守娟

摘 要：本文主要分析了一臺醫用滅菌器內筒筒體產生應力腐蝕裂紋的原因及影響因素。通過對新舊醫用滅菌器使用情況的分析，作者發現該臺醫用滅菌器產生裂紋的主要原因與其所使用的內筒材料、使用環境和應力集中有關。本文再次論證了不銹鋼材料在有Cl存在的環境條件下，在結構突變有應力集中的部位極易產生應力腐蝕裂紋。本文從幾個方面闡述了避免此類醫用滅菌器產生應力腐蝕裂紋的方法，比如改變盛裝介質器具、內筒材料的選取、改變內筒結構以及容器投用后的使用環節。

關鍵詞：醫用滅菌器；裂紋；應力腐蝕；氯離子

Abstract：The article mainly analyse the reasons of a medical sterilizer developing stress corrosion flaws.Through the analysis of service condition of the old and new medical sterilizer，the generation of crack mainly related to inside the tube material of the medical sterilizer、service environment and stress concentration.The article argument again，stainless steel easy to produce corrosion crack in Cl condition in the stress concentration area of structural mutation. The article Expoud the method of avoiding stress corrosion flaws of this type of medical sterilizers from aspects of the changing the loading medium apparatus、inside the tube material selection、the changing structure of inner barrel and the use of the container after putting-in-service proavtively link.

Keywords：medical； sterilizer； stress corrosion； Cl

中圖分類號：TQ053 文獻標識碼：A

0.引言

醫用滅菌設備是現代化醫院的必備設施，在醫院防疫控制工作中發揮著重要的作用，在各大醫院、血液中心和疾病防疫控制中心等醫療行業都有著廣泛的應用。目前隨著人們對醫用衛生條件要求的逐步提高，近幾年來制造醫用滅菌器的內筒筒體和封頭所選用的材料也從傳統的碳鋼材料轉為符合國家要求的具有衛生級別的不銹鋼金屬材料（醫用滅菌器屬于夾套容器，一般夾套材料采用碳鋼材料，內筒材料采用不銹鋼材料）。壓力容器檢驗人員對在用醫用滅菌器這類壓力容器檢驗過程中，極少發現有腐蝕裂紋的情況，但是在最近檢驗中壓力容器檢驗人員發現一臺有腐蝕裂紋的醫用滅菌器。壓力容器檢驗人員根據該臺醫用滅菌器的使用情況和裂紋分布情況，分析了其產生裂紋的原因和影響因素，對今后醫用滅菌器的檢驗檢測工作具有很好的指導意義和參考價值。

1.醫用滅菌器基本情況介紹

該臺滅菌器由國內某醫療器械公司于2008年4月制造，于2008年11月正式投入使用。該滅菌器內筒尺寸長×寬×高為1000×600×600 mm，內筒筒體材料為304（304相當于我國的0Cr19Ni9），厚度為5mm；內筒的封頭材料為SUS304，厚度為6mm；內筒設計壓力為0.23MPa；內筒設計溫度為140℃；內筒工作介質為水蒸氣。

在2012年對該臺醫用滅菌器進行首次檢驗時發現有肉眼可見的裂紋，后用無損檢測滲透法對失去金屬光澤部位進行檢驗，發現該臺壓力容器內筒多處產生裂紋（見如圖1和圖2），內筒筒體有些部位甚至裂穿。

2.滅菌器產生裂紋的原因分析

（1）該臺醫用滅菌器的使用環境

該臺醫用滅菌器在某疾病防疫控制中心使用，向該醫療機構工作人員了解了該滅菌器的使用情況。一是該臺滅菌器使用頻率較高，只要不出現故障，都是滿負荷運轉；再有一個最關鍵性的因素就是該滅菌器是用來壓生理鹽水的（生理鹽水是指生理學實驗或臨床上常用的滲透壓與動物或人體血漿的滲透壓相等的氯化鈉溶液。其濃度用于兩棲類時是0.67%～0.70%，用于哺乳類和人體時是0.85%～0.9%）。鹽水中含有Cl-，雖然放進滅菌器的鹽水是用玻璃瓶盛裝的，但是在滅菌的過程中，隨著滅菌器內筒內水蒸汽溫度的升高，有的玻璃瓶會在滅菌的過程中發生爆炸，這樣盛裝在玻璃瓶內的鹽水就會飛濺到滅菌器內筒筒體上。根據金屬材料學有關不銹鋼的特性，在有氯離子作用的環境下，不銹鋼的抗應力腐蝕能力大大降低，極易發生晶間應力腐蝕和點蝕，進而發生應力腐蝕開裂。

該醫療機構工作人員反應，以前用的那臺老式醫用滅菌器，也是用來壓生理鹽水用的，使用環境和工況跟現在在役的滅菌器是一樣的，老式滅菌器用了十幾年一點問題都沒有。因為老式滅菌器按照規定還未辦完報廢手續，于是在醫療工作人員的帶領下，我們對老式滅菌器內筒筒體做了現場宏觀檢查項目，經檢驗確實未發現任何異常狀況。同樣的使用條件，為什么一臺產生裂紋一臺完好無損呢？壓力容器檢驗人員讓該醫療機構的工作人員找出老式滅菌器的出廠原始技術資料。經審查其產品質證書發現，老式滅菌器內筒筒體所用材料為A3碳鋼（A3材料等同于現在的Q235-A材料），而我們知道A3碳鋼這種材料對Cl-是不敏感的。

從上述分析可以初步確定：在有Cl-的環境下，新舊滅菌器內筒所使用的金屬材料不同是決定其是否產生裂紋的最主要的原因。相關文獻也記載了，雖然304不銹鋼材料具有良好的耐腐性能而獲得了廣泛的應用。但在氯離子的作用下，304不銹鋼會發生應力腐蝕破裂。endprint

因為該臺滅菌器內筒使用的介質是水蒸氣，當鹽水飛濺到內筒壁上，因為內筒筒體壁溫較高可達140℃，鹽水遇熱就會濃縮，在這種情況下Cl-濃度就會大大增加。加之該設備的操作人員和維護人員不清楚此種情況，在清洗內筒筒壁的時候只是簡單的擦洗，因此Cl-極易在內筒筒壁突變處積聚，當Cl-濃度達到臨界值時，不銹鋼表面的鈍化膜就會遭到破壞形成蝕孔，這些蝕孔往往會成為應力腐蝕源，導致304不銹鋼發生應力腐蝕破裂。應力腐蝕幾乎出現在目前工程中所選用的所有常用不銹鋼和合金中。

（2）應力集中作用的原因

壓力容器檢驗人員對裂紋產生的部位進行了仔細觀察，發現該臺滅菌器內筒產生的裂紋基本上與加強筋平行（從圖1和圖2可以很明顯的看到），而且產生的裂紋主要分布在內筒和加強筋相連接的部位（從圖2可以很明顯的看出），該臺滅菌器內筒其他平緩部位并未發現任何裂紋。我們看到內筒和加強筋連接的部位結構產生了突變，與其他部位相比，這些突變部位的應力是高度集中的。同樣在有Cl-存在的條件下，突變部位與其他部位相比較產生裂紋的幾率就會大大增加。

經上述分析，壓力容器檢驗人員得出該臺滅菌器內筒筒體產生的裂紋應為應力腐蝕裂紋，Cl-的積聚和突變處應力的高度集中是導致該臺滅菌器內筒筒體產生裂紋的兩個主要因素。

結論

（1）改變盛裝生理鹽水的器具，使用在該種工作情況下即使內筒內介質溫度升高也不會產生爆炸的器具，這樣就避免了因器具爆破而鹽水飛濺到滅菌器內筒上的問題。

（2）合理選材

用來壓生理鹽水的滅菌器內筒選材可以選用耐應力腐蝕的材料，如高純奧氏體鉻鎳鋼，高硅奧氏體鉻鎳鋼，高鉻鐵素體鋼和鐵素體—奧氏體雙相鋼。其中以鐵素體—奧氏體雙相鋼的抗應力腐蝕能力最好。醫療機構可以根據自己滅菌器的使用環境向滅菌器制造廠家專門定制內筒材料具有耐應力腐蝕的滅菌器，這樣可以解決了滅菌器內筒產生裂紋的問題，同時可以節約大量資金。

（3）改變內筒結構

滅菌器生產廠家針對此類壓力容器的使用情況，可以改變不用加強筋，采用其他連接方式，把結構突變部位消除掉，以減少或消除應力集中。

（4）醫療機構針對此種情況，可以采取相應措施，減少Cl-濃度積聚的情況，比如每次用完后用水沖洗，尤其是結構突變處。這樣也能夠延長此類滅菌器的使用壽命。

參考文獻

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