某金屬軟管的內(nèi)部波紋管材料為316L不銹鋼，其保護(hù)套管與金屬編織網(wǎng)材料為304不銹鋼。該金屬軟管在使用過程中發(fā)生斷裂，來自上海材料研究所有限公司的呂淵采用一系列理化檢驗(yàn)方法對金屬軟管的斷裂原因進(jìn)行分析，以避免該類問題再次發(fā)生。
1、 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
斷裂金屬軟管整體宏觀形貌如圖1所示。斷裂處宏觀形貌如圖2a)所示，在同一位置，將斷裂件與未斷裂件剖開，可見未斷裂金屬管斷裂位置為保護(hù)套管-金屬編織網(wǎng)-波紋管結(jié)構(gòu)，每層之間通過焊接結(jié)合在一起，金屬編織網(wǎng)及波紋管在根部發(fā)生斷裂[見圖2b)]。波紋管及金屬編織網(wǎng)的斷口宏觀形貌如圖2c)所示，在保護(hù)套管內(nèi)壁及斷口上可見較多銹蝕痕跡。
1.2 化學(xué)成分分析
在保護(hù)套管、金屬編織網(wǎng)、波紋管上分別取樣，對其進(jìn)行化學(xué)成分分析，波紋管的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示，由表1可知，波紋管的化學(xué)成分符合ASTM A276/A276M—2017《不銹鋼棒材和型材規(guī)格》的要求。保護(hù)套管與金屬編織網(wǎng)的化學(xué)成分分析結(jié)果如表2所示，由表2可知，保護(hù)套管中Cr元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不符合ASTM A484/A484M—2018 《不銹鋼棒、坯料和鍛件一般要求的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》的要求。
1.3 掃描電鏡(SEM)與能譜分析
將斷口試樣清洗后，置于掃描電子顯微鏡下觀察，其形貌如圖3所示，斷口包括波紋管與金屬編織網(wǎng)兩部分。
波紋管斷口的SEM形貌如圖4所示，由圖4可知：外側(cè)呈沿晶斷裂特征，內(nèi)側(cè)呈韌窩特征，為瞬斷區(qū)；波紋管斷裂于外側(cè),斷口上可見異物覆蓋。對波紋管斷口進(jìn)行能譜分析，可檢測到腐蝕性硫元素，結(jié)果如圖5所示。
金屬編織網(wǎng)斷口的SEM形貌如圖6所示，由圖6可知：金屬編織網(wǎng)斷口呈沿晶斷裂特征，表面可見沿晶狀龜裂，斷口上可見異物覆蓋。對金屬編織網(wǎng)斷口進(jìn)行能譜分析，可檢測到腐蝕性硫元素，結(jié)果如圖7所示。
保護(hù)套管斷口的SEM形貌如圖8所示，斷口可見沿晶裂紋。金屬編織網(wǎng)與波紋管處的SEM形貌如圖9所示，可見腐蝕坑及沿晶裂紋。對裂紋及腐蝕坑內(nèi)的產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖10所示，由圖10可知：該處有含量較高的腐蝕性硫元素和氯元素，說明試樣的使用環(huán)境中含有這些元素，這些元素導(dǎo)致金屬軟管中的金屬編織網(wǎng)及波紋管焊接處的根部發(fā)生了應(yīng)力腐蝕。
1.4 金相檢驗(yàn)
在光學(xué)顯微鏡下觀察軟管斷口剖面的金相試樣，斷口剖面的顯微組織形貌如圖11所示，由圖11可知：其顯微組織為奧氏體，裂紋呈沿晶走向。
2、綜合分析
由宏觀觀察可知，金屬軟管內(nèi)層有腐蝕痕跡。波紋管與金屬編織網(wǎng)的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保護(hù)套管的Cr元素含量低于標(biāo)準(zhǔn)要求，Cr元素為不銹鋼中的重要合金元素，Cr元素含量偏低會(huì)降低其耐腐蝕性能。金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，其顯微組織未見異常。
波紋管外側(cè)呈沿晶斷裂特征，內(nèi)側(cè)呈韌窩特征，為瞬斷區(qū)，說明波紋管斷裂起源于其外側(cè)。斷口上可見異物覆蓋，異物中可檢測到腐蝕性硫元素；金屬編織網(wǎng)呈沿晶斷裂特征，鋼絲表面可見沿晶狀龜裂，斷口上可見異物覆蓋，異物中可檢測到腐蝕性硫元素。波紋管及金屬編織網(wǎng)處可見腐蝕坑及沿晶裂紋，在裂紋及腐蝕坑內(nèi)的產(chǎn)物中，檢測到含量較高的腐蝕性硫元素和氯元素，說明金屬軟管的使用環(huán)境中含有以上腐蝕性元素，這些元素滲入金屬軟管內(nèi)部后，在焊接殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力等共同作用下，金屬編織網(wǎng)及波紋管的焊接處發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，導(dǎo)致金屬編織網(wǎng)斷裂，波紋管也因腐蝕而減薄，最終其在外力的作用下斷裂。
3、 結(jié)論及建議
(1)金屬軟管中波紋管與金屬編織網(wǎng)的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保護(hù)套管的Cr元素含量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
(2)金屬軟管內(nèi)的金屬編織網(wǎng)及波紋管在腐蝕性介質(zhì)的作用下發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕開裂，導(dǎo)致金屬編織網(wǎng)斷裂和波紋管減薄,軟管最終在外力的作用下斷裂。
(3)為避免以后出現(xiàn)該類問題，建議隔絕金屬軟管使用環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，避免其滲入鋼管內(nèi)部；建議優(yōu)化焊接工藝,防止焊縫及熱影響區(qū)處析出碳化鉻，形成貧鉻區(qū)，導(dǎo)致其耐腐蝕性能下降。
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