【摘要】通過對某火力發電廠汽輪機用奧氏體不銹鋼管損壞事故的調查了解，運用現代的失效分析方法和手段，將事故鋼管取樣進行檢驗，找到了不銹鋼管破裂的原因，為保證設備安全運行，預防類似事故的發生提供技術保障。
　　關鍵詞：失效分析，裂紋，原因分析
　　1汽機主油泵的作用
　　主油泵是蝸殼型離心泵，安裝在前軸承箱中的汽輪機外伸軸上，與汽輪機主軸采用剛性連接，由汽輪機主軸直接驅動，以保證運行期間供油的可靠性。離心式主油泵自吸能力較差，必須不斷地向其入口供給充足的低壓油：在啟動升速和停機期間，由交流潤滑油泵向其供油；在額定轉速或接近額定轉速時由注油器向其供油。主油泵出口有管道與油箱內的注油器進口相連。
　　由于連接主油泵和注油器的管道內介質為潤滑油，所以對管道內的清潔度要求高，管道一般采用奧氏體不銹鋼制成。
　　2樣品簡況
　　某火力發電廠擴建工程6#機主油泵潤滑油出口管在機組試運行近二十小時后發生漏油，經檢查發現該管彎管的一端距離焊縫邊緣約10mm處有裂縫，于是截取開裂彎頭段進行開裂原因分析。
　　管子設計材質為0Cr18Ni9，規格為φ159mm×7mm，設計油壓小于3.0MPa，工作壓力約2.5MPa，工作油溫約50℃。該潤滑油系統使用的是高質量、均質的精煉礦物油，并且必須添加防腐蝕和防氧化的添加劑，但不得含有任何影響潤滑性能的其他雜質，潤滑油的牌號為32L-TSA/GB11120-89透平油，且經過化學成分檢驗合格。
　　3檢驗結果
　　3.1宏觀觀察
　　潤滑油出口管彎管的一端距離焊縫邊緣約10mm處開裂，開裂兩側匹配性較差，這說明出口管開裂為脆性開裂，如圖1所示。
　　                          
　　                                                         圖1開裂彎管全貌
　　在開裂處的彎管內有銹蝕現象，而直管部分較為光亮。
　　彎管的另一側焊縫內壁腐蝕現象相對輕微。
　　另外，據肉眼觀察彎管外壁有不均勻的打磨痕跡。
　　3.2壁厚測量
　　在彎管中部位置截斷，分別測量彎管外圈、內圈和兩側的壁厚，結果如下：
　　內圈壁厚/mm:7.207.307.32
　　外圈壁厚/mm:4.424.724.20
　　側面/mm:6.305.706.02
　　可以看出，彎管在中間處的內外圈壁厚不等，外圈壁厚明顯小于內圈，這說明彎管是由直管彎曲而成。
　　3.3化學成分復查
　　由于彎管和直管段銹蝕不同，均進行了化學成分復查，如表1所示。
　　表1彎管和直管化學成分
　　                   
　　從表中可以看出，彎管和直管段化學成分均符合GB/T1220-2006的規定。
　　3.4金相組織觀察
　　經夾雜物分析、開裂焊縫附近組織與晶粒度、開裂焊縫附近的沿晶腐蝕、未裂焊縫端的沿晶腐蝕、彎管中部的沿晶腐蝕等組織觀察，結果說明在斷口附近（離焊縫約10～12mm處）彎管內外表面，及直管部分都存在沿晶腐蝕現象，只是彎管比直管嚴重，管內比管外嚴重，彎管已裂端焊縫比未裂端焊縫內側嚴重。在彎管外壁發現的最大沿晶腐蝕裂紋深度達到4mm，已超過半個薄厚。
　　另外經斷口的掃描電鏡觀察結果顯示斷裂為沿晶斷裂，沿晶腐蝕嚴重，與金相觀察結果一致。對斷口進行了X射線衍射物相分析，分析結果顯示，斷口的主要物相為：γ（Fe，Ni）、Cr7C3、FeNi3。
　　4結果分析討論
　　4.1彎管生產工藝分析
　　彎管中間位置外圈壁厚明顯小于內圈，這說明彎管是由直管彎曲而成。由圖8～10可以看出，彎管夾雜物沿著管子的軸向拉長或斷裂，說明彎管為軋制管而非鑄造管。
　　一般的薄壁鑄造管在管壁中心應有兩個方向柱狀晶生長的交界線，而被檢彎管的斷口上無此特征，這也說明彎管并非鑄造管。
　　4.2晶間腐蝕敏感性
　　晶間腐蝕是指沿著多晶體晶界或它的鄰近區域發生發展的一種局部腐蝕。奧氏體不銹鋼多半在約427～816℃的敏化溫度范圍內，在特定的腐蝕環境中易發生晶間腐蝕。化學成分、晶粒尺寸、冷加工對晶間腐蝕均有影響。
　　就化學成分而言，碳是影響晶間腐蝕最主要的因素，Cr、Ni也都有影響，從公式Creff＝Cr％-0.18Ni％－100C％可計算出抗晶間腐蝕的性能。Creff數值越高，
　　抗腐蝕能力越強，將被檢樣直管和彎管的化學分析結果代入公式，有：
　　直管Creff＝18.20－0.18×8.3-100×0.042＝12.506
　　彎管Creff＝17.45－0.18×8.27－100×0.076＝8.3614
　　從Creff值可以看出，直管抗晶間腐蝕能力優于彎管。
　　沿晶析出物集中在晶界上，通常晶粒越大，單位面積上析出物越多，基體Cr含量降低越多，晶間腐蝕越容易。
　　觀察發現，彎管外壁有顯著的磨削加工痕跡，加工留下的殘余應力必然會加劇晶間腐蝕的發生。
　　在以上三點的綜合作用下，彎管的綜合抗晶間腐蝕能力比直管差。
　　4.3焊縫腐蝕
　　具有沿晶腐蝕傾向的材料，在焊縫熱影響區內發生的沿晶腐蝕叫焊縫腐蝕。因為在焊縫熱影響區內有的部位恰好處在析出特定相的敏感溫度范圍之中，在腐蝕介質作用下，這一部分就會發生沿晶腐蝕。被檢失效油管開裂位置在離焊縫10～12mm左右彎管一側，此處的腐蝕屬于焊縫腐蝕。
　　斷口的X射線衍射分析結果顯示，斷面有Cr7C3析出物，由于該析出物的出現，導致晶界附近基體貧Cr，而引起沿晶腐蝕。
　　4.4彎管直管腐蝕分析
　　上述實驗證明，彎管不僅在焊縫的熱影響區有嚴重的晶間腐蝕（即焊縫腐蝕），而且在彎管的內外表面均有較為嚴重的晶間腐蝕。另外發現，直管內外表面也有較為嚴重的晶間腐蝕。根據油質化驗結果，管內潤滑油中無嚴重腐蝕成分。排除管內潤滑油的影響，彎管內外壁應該在管道投入使用前有被腐蝕介質作用的過程。
　　綜上，彎管內外壁的晶間腐蝕和焊縫腐蝕是潤滑油出口管破裂的主要原因，潤滑油出口管在使用前已被嚴重腐蝕。
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