304不銹鋼管件裂紋原因分析及對策探討

宋文武

摘 要：304不銹鋼管件廣泛應用于各個領域，某企業使用的304不銹鋼折彎管件出現裂紋并導致液體滲漏。本文采取裂紋觀察、微觀分析、化學分析、金相分析、顯微硬度分析等檢測方法，較為全面地分析總結了上述304不銹鋼管件出現裂紋的原因，并提出相應對策。經過多重檢測分析，發現出現裂紋的304不銹鋼管件的化學成分不在304成分標準值區間內，拉拔工藝差導致內孔粗糙度較差，硬度偏高，管件材料中包含較多夾雜物，存在質量缺陷，致使管件在折彎部位有裂紋產生，抗腐蝕性能下降，在日常應用中出現滲漏，性質為應力腐蝕裂紋。

關鍵詞：304不銹鋼管件;內孔粗糙度;顯微硬度;折彎;應力腐蝕;對策分析

某企業使用的不銹鋼管件出現裂紋并導致液體滲漏，該企業送我司管件樣本進行檢測，意圖尋找裂紋原因，并詢問我司是否可以生產符合他們要求的合格產品。經過我司初步識別，出現裂紋的304不銹鋼管件為焊管，并且裂紋主要產生在鋼管的折彎部位。看圖紙中的工藝設計要求，材料化學成分要符合美標ASTM A312，但并未注明硬度和粗糙度要求。通過我司的研究分析，總結裂紋出現的原因，我司可以生產滿足客戶要求的合格產品。

1 裂紋觀察

從外部對該304不銹鋼管件進行觀察是我司宏觀檢測的主要方法，將該管件外部清理干凈后發現，裂紋主要集中在管件的折彎部位，且臨近焊縫，裂紋附近管件表面顏色偏暗，觀察可見較為密集的點狀腐蝕凹坑。進行外部觀察后，我司對焊接處進行了渦流探傷檢測，結果為顯示其具備裂紋性缺陷。

2 微觀分析

隨后我司對304不銹鋼管件進行微觀檢測，將該管件進行對剖后并使用丙酮清理干凈后觀察內壁情況可見，彎管部位兩側的直管內壁粗糙度不是太好，用粗糙度儀測量，內壁粗糙度在Ra2.0以上，可以判斷鋼管拉拔工藝為多道次空拉，不是抽芯精拉。同時，對彎管處內壁進行觀察后，發現靠近焊接處有較淺的腐蝕痕跡，并出現多處細小裂紋，同時發現點蝕凹坑。觀察管件其他內壁部位，未發現裂紋或腐蝕等痕跡。

我司對彎管的焊縫處、裂紋處和其它任意部位進行取樣并做顯微檢測。微觀分析結果發現，彎管位置的內壁和外壁兩側都有多處裂紋。外壁一側裂紋自點蝕凹坑底部起，呈現樹枝狀內壁一側裂紋自焊接部位的腐蝕處起，呈現平行斜向，有分叉出現，顯示為穿晶裂紋，并貫通內外壁。從分布特點上來看，裂紋集中出現在彎管部位附近，同時，內壁和外壁裂紋均有應力腐蝕裂紋特征。根據金相分析結果，顯示夾雜物較多。測量顯微硬度，HV350左右，鋼管做折彎加工，硬度偏硬。

3 低倍檢測

對問題管件作熱酸侵蝕處理后，行低倍檢測，檢測結果顯示彎管位置存在大量的細小裂紋，裂紋起源于管件外部的點蝕凹坑底部，表現為樹杈狀。進一步截取管壁厚截面進行檢測可見，上述裂縫從點蝕凹坑底部逐漸向管件內壁擴展。

4 化學成分分析

參照304不銹鋼管件材料的化學成分標準（美標ASTM A312），我司對問題管件進行了光譜和碳硫檢測分析，發現該管件從化學成分上來看，未完全滿足美標ASTM A312標準要求。

5 檢測結果分析與應對

對上述企業來樣問題管件進行檢測后發現，管件裂紋和滲漏均出現在彎管處附近。采取渦流探傷以及酸蝕檢查后，檢測結果顯示該304不銹鋼管件彎管部位滲漏處和對側外壁均有顏色偏暗的腐蝕斑，并且存在大量明顯的點狀腐蝕凹坑，同時在凹坑底部有多條裂紋，呈現由外壁向內擴展的狀態。而從問題管材內壁檢測情況來看，內壁粗糙度較差，裂紋主要存在于彎管受應力較高的部位，裂紋表現出斜向平行的分布特點，先經管壁垂直方向擴展，之后成樹杈狀擴展至外壁。另外，問題管件的內壁、外壁裂紋都存在應力腐蝕特征。

我司對問題管件的化學成分檢測結果顯示，該管件的化學成分組成不在美標ASTM A312標準區間內，且從抗腐蝕材料構成來看，鎳和鉻元素水平較低，影響304不銹鋼管件質量。這樣的304不銹鋼管件在日常工作中容易出現應力集中，尤其是折彎部位附近和夾雜物附近更容易出現，導致這一部位成為關鍵裂紋的起源處。顯微硬度結果顯示，硬度在HV350左右，硬度高也是產生裂紋和應力腐蝕的一個原因。

在應對方面，加強對304不銹鋼管件原材料的質量管理，保證管件生產符合標準，防止不合格材料進入生產環節。此外，因為鋼管要做折彎加工，經過溝通，零件使用對強度要求不高，我司建議圖紙增加硬度和粗糙度要求，硬度做到HV250-300之間，內孔粗糙度小于Ra1.0。我司可以為客戶專門定制適合的不銹鋼帶，并制定拉拔生產工藝，可以生產出符合要求的鋼管。一般材質不符合標準，夾雜物多的材料，基本都是小鋼廠冶煉生產的，因為小鋼廠冶煉技術和設備落后，管理不規范，容易發生材質不符合標準的情況。我司焊管用不銹鋼帶都是張家港浦項公司生產，質量管理規范，基本不會出現材質不符合標準的情況。而且我司檢測設備齊全，光譜儀，碳硫檢測儀，粗糙度儀，萬能材料試驗機，顯微硬度計等檢測設備一應俱全，有完備的原材料進料檢測手段。產品生產完成后，所有客戶要求的指標，我司都會做檢測并提供書面檢測報告，保證我司產品符合客戶要求。

上述企業聽取我司建議，修改了圖紙要求，并與我司合作多年，鋼管未出現不合格的情況，我司一直被這個企業評為A級供應商。

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