摘要：通過宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相組織檢驗(yàn)、殘余應(yīng)力試驗(yàn)以及電鏡微觀觀察等方法對(duì)冷凝器用鋁黃銅管開裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，由于鋁黃銅管熱處理過程中去應(yīng)力退火不充分，加上后期酸洗過程中未沖洗干凈，殘留有部分酸洗液，在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，造成冷凝器用鋁黃銅管的應(yīng)力腐蝕開裂。
關(guān)鍵詞：金相組織；殘余應(yīng)力；應(yīng)力腐蝕開裂；鋁黃銅管
中圖分類號(hào)：TG111.91；TG146.1+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-3814(2020)16-0159-03作者：伍超群
對(duì)某發(fā)電站生產(chǎn)的冷凝器鋁黃銅管在安裝完成后進(jìn)行灌水試壓試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中出現(xiàn)滲漏，取出檢查發(fā)現(xiàn)多根鋁黃銅管出現(xiàn)開裂。裂紋沿軸向分布，長短大小不一，***大的裂紋長約150mm，鋁黃銅管表面呈土***，裂紋附近呈灰白色，其宏觀形貌見圖1。
該批開裂的銅管按照GB/T8890-2007《熱交換器用銅合金無縫管》要求生產(chǎn)，采用的材質(zhì)為HAl77-2鋁黃銅，規(guī)格型號(hào)為準(zhǔn)4mm×0.8mm軟態(tài)。經(jīng)過退火、酸洗、擠壓拉制成規(guī)定規(guī)格的直管。
1.理化檢驗(yàn)
1.1材質(zhì)化學(xué)成分分析對(duì)開裂的鋁黃銅管材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析，其結(jié)果見表1。
1.2金相組織
在裂紋附近垂直和平行于裂紋方向取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)。結(jié)果表明：鋁黃銅管基體組織為單相α（Cu），出現(xiàn)少量孿晶，按YS/T347-2004《銅及銅合金平均晶粒度測(cè)定方法》要求測(cè)量晶粒尺寸，鋁黃銅管的晶粒平均尺寸介于0.020～0.026mm之間，可見有大量的裂紋，裂紋以沿晶裂紋為主，存在少量穿晶裂紋，顯微組織中的裂紋如圖2所示
1.3力學(xué)性能
在開裂的鋁黃銅管中，任意選取兩根銅管進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果見表2。
1.4殘余應(yīng)力試驗(yàn)
從這批開裂的鋁黃銅管中取樣，按照GB/T10567.2-2007《銅及銅合金加工材殘余應(yīng)力檢驗(yàn)方法氨熏試驗(yàn)法》進(jìn)行鋁黃銅管的殘余應(yīng)力試驗(yàn)，氨熏24h后觀察，試驗(yàn)中的6根銅管中有2根出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象，裂紋長度約40mm，1根有輕微的開裂，其余3根完好。試驗(yàn)后開裂的鋁黃銅管宏觀形貌如圖3所示。
1.5電子探針觀察
將鋁黃銅管沿開裂處掰開，肉眼觀察，斷口表面呈棕***（注：彩色圖見電子版），近內(nèi)壁斷口表面呈暗***，裂口邊緣無明顯的塑性變形。采用JXA-8100型電子探針觀察斷口表面，可見斷口表面附有大量的腐蝕物，呈疏松狀或泥狀分布（圖4（a）～ （c）），清洗后可見斷口表面呈凹凸不平的鋸齒狀，存在大量的縱向裂紋（圖4（d））。對(duì)斷口表面的腐蝕物進(jìn)行EDS成分分析，結(jié)果見表3。從表3中可知腐蝕物中含有明顯的S、Cl腐蝕性元素以及明顯的Si、Fe、K和Ca等雜質(zhì)元素。
2.分析與討論
根據(jù)以上分析結(jié)果并參照GB/T8890-2007標(biāo)準(zhǔn)可知，開裂的冷凝器用鋁黃銅管材質(zhì)化學(xué)成分符合HAl77-2鋁黃銅標(biāo)準(zhǔn)成分要求，鋁黃銅管的力學(xué)性能以及晶粒尺寸大小符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但殘余應(yīng)力檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)部分鋁黃銅管不合格的情況。
金相組織顯示，銅管裂口附近晶粒無明顯變形，大小略有差異，裂紋沿晶界延伸，部分向內(nèi)分開，具有明顯的應(yīng)力腐蝕開裂的特征。面電鏡觀察表明，銅管開裂處無明顯的塑性變形，斷口表面及附近附有一層厚厚的腐蝕物，腐蝕物中含有大量的S、Cl等腐蝕性元素，
去除表面附著物后，可見斷口面上存在大量的二次裂紋以及穿晶裂紋。殘余應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果表明，此批冷凝器鋁黃銅管存在明顯的殘余應(yīng)力。黃銅管在冷拉、沖壓等加工過程中，可產(chǎn)生較大的晶格畸變，若未經(jīng)去應(yīng)力退火或去應(yīng)力退火不良時(shí)，均會(huì)存在殘余應(yīng)力，當(dāng)存在殘余應(yīng)力的黃銅管在組裝使用過程中，在腐蝕介質(zhì)的作用下自行開[1-2]。鋁黃銅管在軋制、冷拉等加工過程中形成殘余應(yīng)力，可經(jīng)后期的熱處理工藝去除應(yīng)力，但此批鋁黃銅管在熱處理過程中去應(yīng)力退火不充分，未能完全消除存在的應(yīng)力，加上后期酸洗過程中清洗不徹底，殘留部分酸洗液，銅管表面受到富含S、Cl腐蝕物質(zhì)的作用，腐蝕沿應(yīng)力分布不均勻的晶粒擴(kuò)展[3]，兩者共同作用***終引起冷凝器用鋁黃銅管的應(yīng)力腐蝕開裂。
3.結(jié)論
冷凝器用鋁黃銅管開裂系應(yīng)力腐蝕開裂，主要原因有兩方面：
（1）鋁黃銅管進(jìn)行熱處理時(shí)，去應(yīng)力退火不充分。
（2）后期酸洗過程中清洗不徹底，在鋁黃銅管表面殘留少量酸洗液。