摘要：通過宏觀檢驗、化學成分分析、金相組織檢驗、殘余應(yīng)力試驗以及電鏡微觀觀察等方法對冷凝器用鋁黃銅管開裂原因進行分析。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：TG111.91；TG146.1+1文獻標識碼：A文章編號：1001-3814(2020)16-0159-03作者：伍超群
對某發(fā)電站生產(chǎn)的冷凝器鋁黃銅管在安裝完成后進行灌水試壓試驗，試驗過程中出現(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)格型號為準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
1.1材質(zhì)化學成分分析對開裂的鋁黃銅管材質(zhì)進行化學成分分析，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行金相檢驗。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定方法》要求測量晶粒尺寸，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力學性能
在開裂的鋁黃銅管中，任意選取兩根銅管進行力學性能測試，結(jié)果見表2。
1.4殘余應(yīng)力試驗
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)力檢驗方法氨熏試驗法》進行鋁黃銅管的殘余應(yīng)力試驗，氨熏24h后觀察，試驗中的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））。對斷口表面的腐蝕物進行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標準可知，開裂的冷凝器用鋁黃銅管材質(zhì)化學成分符合HAl77-2鋁黃銅標準成分要求，鋁黃銅管的力學性能以及晶粒尺寸大小符合標準要求，但殘余應(yīng)力檢測時，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，均會存在殘余應(yīng)力，當存在殘余應(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）鋁黃銅管進行熱處理時，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。