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不锈钢波纹管开裂分析

摘要：某小区部分家庭安装于水源传输系统中的不锈钢波纹管在使用不到一年时间里陆续发生表面生锈以及开裂漏水现象。对失效的波纹管进行了化学成分分析，金相显微镜和扫描电镜观察失效波纹管的组织和断口形貌。结果表明：由于失效波纹管材料属于“伪200 系列”奥氏体不锈钢，其Mn 含量高，Cr 含量较低，无法达到不锈钢应有的抗腐蚀能力，其生锈开裂为腐蚀失效。

关键字：不锈钢波纹管；开裂；失效分析

1 引言

不锈钢波纹管作为一种柔性耐压管件安装于液体输送系统中，用以补偿管道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点[1]。某小区部分家庭安装于水源传送系统中的奥氏体不锈钢波纹管(见图1a)在使用过程中陆续出现生锈和开裂漏水现象(见图1b)。本文通过对此批不锈钢波纹管进行化学成分分析，宏观、显微组织和微观断口形貌观察，分析了其失效原因。

(a) 奥氏体不锈钢波纹管

(b) 波纹管表面生锈现象严重

图1. 波纹管宏观形貌(a)奥氏体不锈钢波纹管;(b) 波纹管表面生锈现象严重

2.2 宏观裂纹分析

本批失效样品内径为20mm ，管壁厚度为0.30mm，开裂处与焊缝距离大约在四分之一周长处，开裂处的形貌如图2 所示。可见失效波纹管外表面有多处严重生锈，说明波纹管腐蚀较严重，开裂附近未见明显机械损伤痕迹。

图2 波纹管开裂处

通过断口形貌，图3 可以看到钢管外表局部区域发现表面有开裂，斜向平行分布，裂口均较宽，裂口边缘有明显收缩现象，钢管外表基本光整。在裂口端部，外表层金属变形收缩状，裂纹边缘曲折走向。钢管横截面上（如图4），组织呈等轴晶分布，周边基本圆整，基体组织为奥氏体+少量铁素体，局部呈孪晶分布，局部晶界宽化。未经过腐蚀时，试样表面夹杂物较少，腐蚀后表面出现密集腐蚀坑，说明此钢管抗腐蚀性能很差。

根据以上分析，波纹管的开裂是腐蚀失效。由于钢管Cr 含量较低，因此很容易形成贫铬区，使钝化膜在这些地方较为脆弱，在钝化膜受到破坏时，水介质中某些特殊离子，由于它的半径小，在金属表面的吸附能力强，它与金属阳离子的结合键也较强，它们会在钝化膜破坏的地方与不锈钢的基体金属接触，发生电化学反应，使介质呈强酸性，导致基体金属的溶解，形成点蚀源[9]，导致开裂。另外，波纹管由于在成形过程中，产生了很大的塑性变形，形变后波纹管中的残余应力很大；安装过程中，为了便与接头配合，工人师傅经常会折弯波纹管，使得局部区域的应力更大，在水介质中会导致应力腐蚀，使钢管在使用一段时间后失效开裂。

目前，不锈钢以其优良的抗腐蚀性能备受消费者青睐，但是有些商家却以此为契机，以成本低廉的锰元素代替Cr 和Ni 的含量，把关键元素铬、镍含量降到必要条件以下，而铬和镍是保证不锈钢抗腐蚀性能和其他综合性能的最主要元素，这样就使得不锈钢的抗腐蚀性能大大降低；为了使其具有奥氏体钢的无磁性能，在钢中又超标准增加了会降低其耐腐蚀性能的锰元素。这实际上是一种典型的低铬、低镍的所谓的“200 系不锈钢”，是“伪200 系不锈钢”，它的耐蚀性能仅比碳钢稍高一些。这种以次充好，牟其暴利的做法，侵害了消费者的利益。

本次检验中的波纹管，易生锈开裂，不仅会在使用过程中造成对水源的二次污染，更有可能发生管道爆裂事故，给生产及日常应用留下较多隐患，使家庭发生巨大损失。因此，消费者应该提高警惕，甄别不锈钢的真伪。

4结论

1)此不锈钢波纹管Mn 含量过高，Cr 含量较低，无法达到不锈钢应有的抗腐蚀能力，耐点蚀当量过低，是一种典型“伪200 系不锈钢”，是劣质产品。

2)波纹管发生开裂漏水失效主要是应力腐蚀失效。

5 建议

政府有关部门要加强对消费者使用产品的日常监管和抽查检验，同时消费者要加强自我的保护意识，若发现家庭所购置的不锈钢外表面发生生锈时，要及时更换，避免更大的经济损失，同时积极向12315 举报，将不法的生产商得到应有的处罚。