供水管道泄漏原因分析

2019年 第10期热加工

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供水管道泄漏原因分析

■ 冯凌超

摘要：采用宏观检查、断口分析、能谱分析、金相分析、化学成分分析等方法对某空调机组冷却水系统的φ500mm 供水管道泄漏原因进行了分析。结果表明，由于管子内壁焊缝的局部不平整性、母材与焊缝区电化学电位的不同、焊缝部位存在严重的硫化物类夹杂及夹渣等焊接缺陷，使得管道内壁焊接缺陷及局部不平整性区域富集与浓缩了大量的Cl 、S 腐蚀介质，故造成管子焊缝的局部区域和焊接缺陷处快速点腐蚀漏水。关键词：点腐蚀；腐蚀介质；供水管道泄漏；焊接缺陷

某公司空调机组冷却水系统的φ500mm 供水管道使用约3年后发生泄漏，管内介质为自来水，泄漏位置位于管道外表面的轴向条状痕迹处。该公司招标文件上显示冷却水系统管道应采用符合GB/T 8163—2008的无缝钢管，管道材料牌号要求为10钢。受该公司委托，笔者对φ500mm 供水管道泄漏原因进行了分析。

1. 宏观检查

从φ500m m 供水管道泄漏处切割取样，外表面条状痕迹处宏观形貌如图1所示，可见条状痕迹处及其两侧均有大量黄褐色腐蚀坑存在，并在条状痕迹上观察到圆形深孔，其直径约为2m m 。来样内表面宏观形貌如图2所示，该处可见两条尺寸较大的长条状腐蚀坑，腐蚀坑Ⅰ长度约为100m m ，最宽处宽度约为10m m ；腐蚀坑Ⅱ长度约为

25mm ，宽度约为7mm 。腐蚀坑两侧部分位置可见结垢层，结垢层厚度为1~2mm ；部分位置的结垢层已脱落，脱落处的钢管基体上可见黄褐色锈蚀特征。

为了确定该条状痕迹的性质及内表面长条状腐蚀坑分布位置，采用角向磨光机对来样端部痕迹处磨抛后，用10%硝酸酒精溶液进行腐蚀，腐蚀后的端部宏观形貌如图3所示，可以确定该条状痕迹为焊缝（焊缝最宽处约为6mm ），即该供水管为有缝钢管，并在焊缝上观察到夹渣焊接

缺陷（箭头所示）；钢管内外壁均有腐蚀坑存在，内壁焊缝部位腐蚀坑较深，最深处约为3mm 。另外，从图中可以看出腐蚀坑Ⅰ位于焊缝上，腐蚀坑Ⅱ位于钢管母材部位。

2. 断口分析

为了便于观察泄漏部位的宏观形貌，沿钢管纵向将腐蚀坑Ⅰ人为打开后观察，打开后的断口宏观形貌如图4所示（图中银灰色断口为人为打开的新断口），可见焊缝处的腐蚀坑Ⅰ纵向表面形貌呈月牙状，其上存在黄色结

图1 外表面条状痕迹处宏观形貌图2 长条状腐蚀坑形貌（内表面）

图3 端部宏观腐蚀形貌及内表面长条状腐蚀坑分布位置

图4 断口宏观形貌

图5 腐蚀产物高倍形貌图6 新断口韧窝特征

表1 化学成分（质量分数）分析结果（%）

元素C S P Mn Cr Ni Cu 实测值0.120.0240.0150.470.040.020.06要求值0.07~0.13≤0.035≤0.0350.17~0.370.35~0.65≤0.15≤0.30≤0.25

图7 泄漏点处（焊缝处）抛光态形貌

（100×）图8 泄漏点处（焊缝处）显微组织

（500×）

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系公式计算出夹杂物的级别：试样中的非金属夹杂物级别评为A5.5s 、B0、C0、D1.0、DS0，抛光态形貌如图10所示。图11为母材显微组织形貌，该处的显微组织为铁素体+少量球粒状珠光体。

6. 综合分析

（1）材料试验综合结果 宏观检查结果表明：条状痕迹为焊缝，焊缝部位存在夹渣焊接缺

陷。供水管内外壁表面均有大量腐蚀坑存在，内壁焊缝部位腐蚀坑尺寸较大，且内壁存有较厚的结垢层。

断口分析及能谱分析结果表明：泄漏点位于焊缝上，泄漏点表面存在较多的腐蚀产物，腐蚀产物中含有较多的S 、C l 腐蚀性元素。人为打开的新断口的微观特征为韧窝。

化学成分分析结果表明：

φ500mm 供水管道母材的化学成分符合GB/T 699—1999对10钢的要求。

金相分析结果表明：供水管泄漏点（焊缝处）处及母材均存在严重的硫化物类非金属夹杂物。泄漏点处（焊缝处）、母材及热影响区的显微组织均为铁素体+少量球粒状珠光体，未见异

常。

（2）原材料对供水管道泄漏的影响 通过金相分析可知，管道泄漏部位及无泄漏部位均含有较多的硫化物夹杂缺陷，据某些资料表明，金属材料的组织结构对点腐蚀性能具有重要的影响，许多异相质点，如硫化物夹杂、δ-铁素体、α相、α´相、敏化晶界及焊缝等缺陷组织都可能成为点腐蚀的敏感地区。本例中，由于介质中存在较多的S 、Cl 腐蚀性元素，使之呈现酸性。在酸性条件下，硫化物夹杂极易发生溶解，并且硫化物夹杂的溶解产物S 2-和H S -是局部腐蚀的催化剂。它们对金属有高的吸附性、强的胶溶作用和活化作用，可减小其活化电位，即减小阳极极化曲线的极化率，能使溶液

中的Fe 2+浓度大大减少，从而使

图9 热影响区显微组织 （500×）

图11 母材显微组织（500×）

图10 母材抛光态形貌 （100×）

阳极反应的起始电位更负及整条阳极极化曲线向负方向移动。显然，S 2-和H S -首先会催化夹杂物周围钢基体的腐蚀，又由于硫化物与铁基体之间相界本来就是金属基体能量高的区域，因此硫化物夹杂处是最易腐蚀活化的区域。

（3）焊缝对供水管道泄漏的影响 焊接过程中由于母材和焊接材料的熔化、再结晶使焊缝区金属与母材金属在成分和显微结构上有微小的差别，引起这些区域电化学电位的不同，使母材的腐蚀电位高于焊缝，并且由于焊缝区的面积远小于母材的面积，这样就形成活性很大的小阳极和大阴极的宏观电池，因此焊缝区会优先发生腐蚀，同时，由于焊缝的不平整性，使该部位更容易聚集较多的S 、C l 腐蚀性介质，加快该部位的腐蚀速度。

（4）冷却介质对供水管道泄漏产生的影响 据委托方介绍可知，供水管内的介质为自来水，自来水在消毒过程中，会存在一定含量的C l -。当钢中有硫化物等非金属夹杂物存在的情况下，C l -将很快把硫化物等非金属夹杂物处腐蚀成坑点形态。而一旦形成坑点，由于闭塞电池的作用，坑外的C l -将会向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀，由于Cl -的半径相当小，金属当中的任何非金属夹杂物及焊接缺陷都将成为Cl -渗透腐蚀的源头。

（5）使用过程对供水管道泄漏产生的影响 在使用过程中，可先期对水进行处理，尽量