４６ 化工装备技术 第３２卷第６期２０１１年１２月
０Ｃｒ１ ８Ｎｉ９换热器应力腐蚀开裂失效分析
上官丰收 牛建文 刘强 陈兵
（１．中国石油管工程技术研究院２．中国石油长庆油田）
摘 要某厂锅炉给水预热器在投入使用３．５年后，管箱外壁近横焊缝处发现裂纹。该换热
器设计材质为０Ｃｒｌ８Ｎｉ９，截取含有裂纹的试样，进行化学成分分析、金相分析、硬度检测、
拉伸强度测试、裂纹分析和扫描电子显微镜分析。材质Ｃｒ元素含量１７．７５％，硬度３０６
ＨＶ１０，这两项检测结果不符合ＧＢ／Ｔ ４２３７－－２００７《不锈钢热轧钢板和钢带》要求；裂纹表
面发现ｓ元素。应力腐蚀是此次失效的主要原因。
关键词换热器０ＣｒｌＳＮｉ９化学成分硬度应力腐蚀
中图分类号ＴＱ ０５１．５
Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ
０Ｃｒｌ８Ｎｉ９ Ｈｅａｔ——ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｓｈａｎｇｇｕａｎ Ｆｅｎｇｓｈｏｕ Ｎｉｕ Ｊｉａｎｗｅｎ Ｌｉｕ Ｑｉａｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｂｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ３．５ ｙｅａｒｓ ｓｅｒｖｉｃｅ，ｃｒａｃｋｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｏｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｄ ｏｆ ｓｈｅｌｌ ｗａｌｌ ｏｆ ａ ｂｏｉｌｅｒ ｆｅｅｄ ｗａｔｅｒ
ｐｒｅｈｅａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｈｅａｔ－ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｆ ０Ｃｒｌ ８Ｎｉ９．Ｓａｍｐｌｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ｗｅｒｅ ｃｕｔ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｃｒａｃｋｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｗｏ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｉｄｎ’ｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＧＢ／Ｔ ４２３７—２００７——ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ
ａｎｄ ｓｔｒｉｐ，ｔｈａｔ’Ｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｃｒ（１７．７５％）ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ３０６ ＨＶ１０；ａｎｄ Ｓ ｅｌｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｆ０ｕｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ
ｓｕｒｆａｃｅ．Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｔ—ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；０Ｃｒｌ ＳＮｉ９；Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｈａｒｄｎｅｓｓ；Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
０前言
某厂锅炉给水预热器在投入使用３．５年后，管
箱外壁近横焊缝处发生泄漏，经检测管箱内表面发
现近３０条裂纹，设计材质０ＣｒｌＳＮｉ９。为避免类似
事故发生，对该换热器进行了失效分析。
１ 工况
锅炉给水预热器的结构及其裂纹见图１、图２、
图３．设计材质为０Ｃｒｌ８Ｎｉ９奥氏体不锈钢。管程
流体Ｂ出口 流体Ａ出口
５
１一管板２一壳体３一管束４一法兰５一管箱
图１锅炉预热器结构
￥上官丰收，男，１９７５年１２月生，博士，高级工程师。西安市，７１００６５。
２０１１年１２月 上官丰收等：０Ｃｒｌ８Ｎｉ９换热器应力腐蚀开裂失效分析 ４７
图２管箱内表面近焊缝处裂纹
图３焊缝周围的小裂纹
介质见表１，壳程的介质为锅炉水。管程，进口
２８０℃，出口１７６℃，工作压力２．９ ＭＰａ；壳程，
进１５ １０２℃，出口１９０℃，工作压力４．３ ＭＰａ。
表１管程介质
２锅炉给水预热器开裂分析
从锅炉给水预热器上截取含有裂纹的试样．进
行化学成分分析、金相分析、硬度检测、拉伸强度 试验、裂纹分析和扫描电子显微镜分析。 ２．１化学成分分析 依据标准ＡＳＴＭ Ａ７５１，采用Ｂａｉｒｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｖａｃ ２０００直读光谱仪和ＬＥＣＯ ＣＳ一４４４红外碳硫分析仪 对试样进行化学成分分析，结果见表２。Ｃｒ元素含 量仅１７．７５％，没有达到ＧＢ／Ｔ ４２３７－－２００７《不锈钢 热轧钢板和钢带》要求的１８％～２０％，化学成分不 合格。 ２．２金相组织分析 依据ＧＢ／Ｔ １３２９８、ＧＢ／Ｔ １０５６１－－２００５和ＧＢ／Ｔ ６３９４－－２００２．使用ＭＥＦ３Ａ金相显微镜和ＭＥＦ４Ｍ 金相显微镜对试样进行金相观察分析，见图４和 表３。试样组织为奥氏体，见图４（ａ），晶粒度 表２化学成分（％） 分析结果 ０．０５９ ８．１４≤０．００１ Ｏ．０５≤ｏ．００１ Ｏ．３０ Ｇ 孑３７／８～１０．５／ ／ ／ ／ 一 （ａ）组织 （ｂ）管箱内表面裂纹 （ｃ）微裂纹沿品和穿晶混合形貌 图４金相分析 表３夹杂物分析结果 为６．５。夹杂物分析结果见表３。 ２．３硬度测试 依据标准ＧＢ／Ｔ ４３４０．１—１９９９，在ＨＳＶ一２０型
维氏硬度计上沿壁厚方向测量材料硬度。结果依次
显示：２９７ ＨＶ１０、３０７ ＨＶ１０、３０５ ＨＶ１０、２９０
ＨＶＩＯ ３０１ ＨＶ１０ ３０３ ＨＶＩＯ ３１９ ＨＶ１０、３１４
ＨＶＩＯ、３１８ ＨＶ１０，平均硬度３０６ＨＶｌＯ。硬度不符
合标准ＧＢ／Ｔ ４２３７－－２００７的要求≤２１０ ＨＶ。
２．４拉伸强度测试
沿管壁纵向切取标距０６．２５ ｒａｍ￣２５ ｍｍ的圆
棒拉伸试样，依据标准ＧＢ／Ｔ ２２８－－２００２，室温下
在ＣＭＴ５１０５拉伸试验机上进行试验，结果见表４。
拉伸试验结果符合ＧＢ厂ｒ ４２３７－－２００７。
２．５裂纹分析
对试样进行裂纹分析。腐蚀是非均匀腐蚀，内
表面存在多处裂纹，见图４（ｂ），垂直于表面并呈
化工装备技术 第３２卷第６期
表４纵向拉伸试验结果
树枝状分叉。裂纹形貌呈沿晶和穿晶混合特征。见 图４（ｃ），裂纹周围组织无显著区别，仍为奥氏体 组织。 ２．６电子显微镜及能谱分析 将含裂纹试样打开，使用ＴＥＳＣＡＮ—ＶＥＧＡ １１型 扫描电子显微镜和ＯＸＦＯＲＤ—ＩＮＣＡ３５０型能谱仪对 裂纹形貌进行分析，结果见图５和表５。断口形貌 显示断面上晶粒轮廓清晰。晶界面较为光滑．呈现 （ａ）裂纹表面形貌 （ｂ）裂纹断口扩展区形貌 图５电镜分析 表５裂纹上能谱分析结果 典型的“冰糖状”。且裂纹表面有Ｓ元素存在。 ３分析及讨论 材质组织为奥氏体，正常；硬度较高，超过标 准规定要求。由于锅炉给水预热器工作载荷加上残 余应力的作用，同时材料硬度较大，因此材料的应 力腐蚀敏感性较高。材料未发生均匀腐蚀；裂纹表 面存在Ｓ元素，Ｓ元素是工作介质带来的。Ｓ 一是引
起奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的较敏感介质离子．
介质中如含有微量的Ｓ２。．随着使用时间的延长。
Ｓ｝在一些边角部位会不断积聚变多。最终导致材料
应力腐蚀开裂。
４结论
（１）材质Ｃｒ元素含量和硬度不符合ＧＢ／Ｔ ４２３７
—
２００７《不锈钢热轧钢板和钢带》要求；
（２）裂纹表面发现Ｓ元素；
（３）应力腐蚀是此次失效的主要原因。
参考文献
【１】 ＧＢ／Ｔ ４２３７—２００７．不锈钢热轧钢板和钢带［Ｓ】．
『２】 ＧＢｆｒ １３２９８—１９９１．金属显微组织检验方法【Ｓ】．
『３］ ＧＢ／Ｔ １０５６１—２００５．钢中非金属夹杂物含量的测定［Ｓ】．
『４】 ＧＢ／Ｔ ６３９４—２００２．金属平均晶粒度测定方法［Ｓ】．
ｆ５］ ＧＢ／Ｔ ４３４０．１—１９９９．金属维氏硬度试验［Ｓ】．
ｆ６］ ＧＢ／Ｔ ２２８—２００２．金属材料室温拉伸试验方法【Ｓ］．
［７】 吴剑．不锈钢的腐蚀破坏与防蚀技术——（四）应力腐
蚀破裂［Ｊ１．腐蚀与防护，１９９７，１８（４）：３８－－４２．
（收稿日期：２０１１－０７—１１）
阿特
阿特拉斯・科普柯在华开建压缩机新工厂 妻萎釜
国无锡正式开工建设其新工厂 以满足中国及其他
亚洲市场对空气压缩机不断增长的需求。阿特拉斯・
科普柯此次投资约１．５亿瑞典克朗（约合１．５亿元人
民币），用于建设包括一家新的压缩机装配工厂、一
间测试实验室和一个研发中心。新工厂和升级后的 现有无锡工厂将大幅提高阿特拉斯在移动压缩机、 工业压缩机、无油压缩机以及压缩机部件上的产能。 “通过此次投资，我们将有能力更好地满足本地 客户的需求，支持整个集团在亚洲地区的业务增 长。”阿特拉斯・科普柯压缩机技术业务领域总裁 Ｓｔｅｐｈａｎ Ｋｕｈｎ表示．“同时，我们将继续提高创新能 中国对压缩机效能日益严格的要求。” 新工厂坐落于无锡新区。距阿特拉斯・科普柯在 无锡现有的工厂约１０ｋｍ．占地面积约４５ ０００ ｍ２。预 计新工厂将于２０１２年７月投入使用，更好地为建筑 技术和压缩机技术业务领域服务。
阿特拉斯・科普柯是一家在压缩机、膨胀机与空
气处理系统、建筑与采矿设备、动力工具与装配系统
领域占据全球领先地位的工业集团。该集团创立于
１８７３年，总部位于瑞典的斯德哥尔摩。目前，阿特拉
斯・科普柯在中国拥有超过５ ０００名员工，分布于国
内１３个制造工厂和１００多个办事处。 （晓敏）