檢測分析3.1  成分分析
分析結(jié)果：采用SPECTRO定量光譜儀分析

 
上述材質(zhì)經(jīng)過比對符合SUS304標準成分，成分正常，材質(zhì)分析無問題。
 
 
3.2 微觀檢驗
3.2.1 金相檢驗（光學(xué)）
分析儀器：掃描電鏡和能譜分析采用德國LEO公司生產(chǎn)的LEO1430VP掃描電鏡對換熱器失效管束的典型部位進行觀察。
 

 
觀察A和 B兩根管的內(nèi)外壁顯微金相沒有差別，為典型的奧氏體組織，且內(nèi)外組織也沒有大的區(qū)別，沒有發(fā)現(xiàn)貧Cr和敏化的金相組織，說明設(shè)備失效并非由于材質(zhì)、組織、敏化造成的設(shè)備失效腐蝕。
檢驗結(jié)果表明管子中非金屬雜物較少，未彎曲未開裂部位及彎曲開裂部位表面實際晶粒度比較細，晶粒大小比較均勻，其晶粒度均為4～5級，符合高溫條件下的工作要求（一般要求高溫條件下工作鋼材，其晶粒度應(yīng)為3～6級）。
進一步檢查裂紋并非發(fā)生在通常的焊縫熔合區(qū)內(nèi)表面產(chǎn)生。裂紋沿外表面呈樹枝晶晶界向內(nèi)表面延伸，裂紋兩側(cè)熔合區(qū)顯微組織為枝晶狀奧氏體和δ鐵素體。裂紋起源于點蝕坑，裂紋兩側(cè)焊縫區(qū)顯微硬度為220 Hv。裂紋兩側(cè)焊逢區(qū)顯微組織為低碳馬氏體。殼程的光學(xué)顯微觀察呈現(xiàn)典型的冰糖葫蘆晶界特征和二次開裂區(qū)，有些部位還發(fā)現(xiàn)腐蝕坑，這也說明，該管束由外向內(nèi)發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂。
3.2.2  掃描電鏡檢驗

 
 

 
 
裂紋源區(qū)的掃描電鏡形貌見圖8，裂紋兩側(cè)有許多短小的二次裂紋。裂紋源區(qū)內(nèi)附著大量腐蝕物質(zhì)，裂紋底部有許多龜裂狀二次裂紋，由掃描電鏡觀察可見，裂紋起源于點蝕坑，裂紋由不銹鋼焊母材外表面開始，沿兩組粗大的樹枝晶晶界向熔合區(qū)內(nèi)垂直擴展，向管內(nèi)壁產(chǎn)生了與表面垂直沿晶界延伸的裂紋。裂紋中存在大量腐蝕介質(zhì)，且粗大的裂紋底部有許多二次裂紋。對裂紋縫隙中進行x射線能譜探測分析，裂紋內(nèi)部除不銹鋼焊條的基本成分外，還有大量的鋁、鈣、硅等化合物，同時還含有一定數(shù)量的氯和硫元素，這極易造成不銹鋼焊縫的應(yīng)力腐蝕。斷口觀察可見羽毛狀斷口形貌。根據(jù)上述理化檢驗綜合分析結(jié)果，化肥廠102Jc23裂紋部位失效方式為外部應(yīng)力腐蝕開裂。
 
3.2.3  能譜分析
腐蝕由殼程引起，內(nèi)壁沒有腐蝕情況產(chǎn)生，因此只對殼程做了能譜分析，分析結(jié)果表明，裂紋處分布有大量的Ca 、Fe、O、Si、Cr元素和含少量Cl-離子。

四、腐蝕機理分析結(jié)論

4.1   殼程循環(huán)水中的Cl-是引發(fā)102 Jc23管束發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕開裂的主要和直接原因
102 Jc23管束的泄漏是由于循環(huán)冷卻水中Cl-在不銹鋼鋼管表面的濃縮富集，導(dǎo)致鋼管在承受張應(yīng)力的部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。
由于應(yīng)力腐蝕是起源于管外側(cè)，因此不銹鋼鋼管外側(cè)的環(huán)境十分重要，盡量避免含氯鹽在鋼管表面濃縮沉積是很必要的。但由于冷卻水要不斷蒸發(fā)，水中的氯鹽在鋼管表面沉積是不可避免的，我們發(fā)現(xiàn)殼程有白色近灰色垢層沉積，最厚約2mm厚度，對沉積物結(jié)垢組成分析的結(jié)果可以證明：化肥廠102Jc23換熱器殼程所使用的水中確實溶有較多的鈣、鈉、鉀的重碳酸鹽，硅酸鹽，氯化物和氯根離子。其中Cl-在管子折流板、彎曲處外側(cè)拉伸表面上的溝槽處沉積和濃縮，是冷卻器管子發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的主要原因。
雖然腐蝕產(chǎn)物中檢測分析Cl-含量較低，但在使用中，管束鋼管表面的水膜不斷蒸發(fā)，致使Cl-在鋼管表面積累，這在對不銹鋼鋼管表面和裂紋上腐蝕產(chǎn)物成分分析結(jié)果中都得到了證實。
另外，腐蝕產(chǎn)物中還檢測出有一定量的S元素存在，而鋼中的S含量是相當?shù)偷模f明腐蝕產(chǎn)物中的S絕大部分是環(huán)境帶來的，冷卻水系統(tǒng)中硫酸鹽以及硫酸鹽還原菌活動都有可能導(dǎo)致循環(huán)水水系統(tǒng)硫元素的增加，從而在不銹鋼管束腐蝕產(chǎn)物中檢測出硫元素。
 
4.2   管子振動是引起應(yīng)力腐蝕破裂的另一重要原因
通過現(xiàn)場觀察，大批的管子幾乎在垂直于橫截面上整齊劃一的出現(xiàn)“齊刷刷”斷裂、裂紋現(xiàn)象，疑似該部位是位于折流板部位，運行時受到折流板的振動、周期性碰撞，造成該部位應(yīng)力集中，是造成該管束過早發(fā)生腐蝕失效的另一重要因素。
使用過程中周期性的加熱、冷卻、振動及外加載荷等。對于冷卻器管束來說，這類應(yīng)力都是存在的。在加工制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力中，以冷彎應(yīng)力為主。冷彎成形過程中由于變形的不均勻，使其組織內(nèi)部又產(chǎn)生了很高的組織殘余內(nèi)應(yīng)力。此外管束成形后，尺寸精度不足就會造成管子軸線與管板和隔板上孔的軸線不相重合，從而使裝配應(yīng)力增大，使管子彎曲處外側(cè)表面承受拉應(yīng)力；在使用過程中，外加載荷的管程氣體壓力也使管子受外表面承受接應(yīng)力。
4.3  一般認為鋼在CO2和CO共存的水中發(fā)生的SCC是一種穿晶應(yīng)力腐蝕開裂，這是由于CO2在鋼表面的吸附所產(chǎn)生的腐蝕抑制作用與鋼在碳酸溶液中的陽極溶解之間處于平衡而導(dǎo)致的。我們看到，不銹鋼管子并沒有出現(xiàn)典型或明顯的穿晶形貌，因此，CO2不做為影響該管束腐蝕失效的考慮因素。

五、防腐改進措施及建議

 5.1   管束組裝結(jié)束后，進行了整體熱處理，由于退火溫度選擇不當，致使殘余應(yīng)力和裝配應(yīng)力均未得到徹底的消除。由此可見，管束彎曲處產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、裝配應(yīng)力、管程壓力的總和構(gòu)成了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的拉應(yīng)力。
5.2  從根本上入手，降低材料碳含量，改變材質(zhì)。建議返修后的102Jc23管束全部更換為碳含量0.055％的0Cr18Ni9Ti無縫鋼管。
5.3  在不可避免地采用循環(huán)水而不能采用使用經(jīng)預(yù)處理和離子交換處理后的軟化水的情況下，也可以考慮采用抗應(yīng)力腐蝕性能更好的含鉬的奧氏體不銹鋼（如SUS316L）或者奧氏體－鐵素體雙相不銹鋼（如SAF2205），以提高鋼管抵抗應(yīng)力腐蝕的能力。同時，應(yīng)盡量降低冷卻水中Cl-的含量和系統(tǒng)的運行溫度，以防止應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。
5.4   采用正確的熱處理工藝以避開敏化區(qū)。消除冷加工殘余應(yīng)力回火溫度應(yīng)為300~350℃，不得超過450℃；為消除冷加工及焊接后殘余應(yīng)力以消除鋼對應(yīng)力腐蝕的敏感性，熱處理溫度不低于850℃，且須速熱、驟冷，減少敏化溫度時間。
5.5   換熱器制造過程中，應(yīng)嚴格控制管板與隔板上孔的加工精度和管子與折流板、管板尺寸精度，使管子和管板隔板在裝配時能達到管子的軸線和管板隔板孔的軸線完全重合，盡量減少其裝配應(yīng)力。