不锈钢换热器管的环形裂纹生成原因

不锈钢换热器管生成环形裂纹主要和应力、腐蚀介质、材料敏感性以及结构缺陷有关。

一、应力腐蚀开裂（SCC）

1.必要条件组合

‌拉应力‌：焊接残余应力（占主导）或操作压力、热应力叠加；

‌腐蚀介质‌：氯离子（Cl⁻）浓度＞25mg/L时显著加速裂纹扩展（冷却水中常见）；

‌材料敏感‌：奥氏体不锈钢（如304/0Cr18Ni9）在含Cl⁻环境中易敏化。

2.裂纹特征

环形走向：沿管壁周向扩展，因环向应力集中所致。

微观形貌：裂纹细长、尖端锐利，呈树枝状穿晶扩展（解理断口）。

二、协同破坏因素

1.热疲劳与温度波动

管程/壳程介质温差＞50℃时，频繁启停导致交变热应力，引发热疲劳裂纹；

高温（＞60℃）加剧Cl⁻腐蚀活性，800℃以上则出现晶界弱化。

2.制造与结构缺陷‌

‌焊接瑕疵‌：未融合、咬边等缺陷形成初始裂纹源；

‌残余应力‌：焊后未消应力热处理，局部应力超材料屈服强度；

‌设计问题‌：管板与壳体刚性连接，无膨胀节补偿热膨胀差。

3. ‌流体与操作影响‌

高速流体冲刷导致管壁减薄，加速腐蚀坑转化为裂纹‌；

停机冷却阶段残余应力+收缩应力叠加，诱发瞬时开裂。

环形裂纹本质是应力+腐蚀的协同破坏。拉应力（焊接/操作）提供驱动力；Cl⁻等介质破坏钝化膜，引发点蚀；裂纹从蚀坑处沿最大应力方向（通常环向）穿晶扩展，最终形成周向断裂。