304不锈钢（0Cr18Ni9）是18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢的典型钢种，由于具有优良的耐蚀性，耐热性，低温强度和机械加工性能，其产销量占到奥氏体不锈钢的80%左右，广泛应用于离心机转鼓的制造生产中。离心机是常用的进行分离和沉淀的设备，用途广泛，大量应用于化工、石油、食品、制药等行业。转鼓作为离心机的核心部件，如果出现问题会直接影响离心机的使用，严重影响生产运行甚至工人的安全。所以对相关事故的分析，对生产具有实际意义。

1 设备情况

某淀粉厂有4台同型号用于加工淀粉的离心机，离心机转鼓的鼓盖和鼓底为304不锈钢固溶状态，鼓身为304不锈钢轧材。常温下工作，工作介质为淀粉。在使用了两年之后，转鼓鼓底出现周向裂纹。为确定其产生原因，对转鼓体进行了材质检验、力学性能检验，并对裂纹进行了宏观和微观等检测分析，以便采取相应预防措施杜绝此类事故发生。

2 实验情况

2.1 宏观检验

现场观察结果显示，裂纹开裂方向大体沿着鼓底圆周方向；裂纹从内底表面开始向纵深方向扩展，形成穿透性裂缝；鼓底外表面裂纹处明显看到黄色的锈迹，可以判断转鼓工作环境具有腐蚀性。用机械方法打开一处裂纹，经观察发现断口表面覆盖一层腐蚀产物或沉淀物，没有明显的均匀腐蚀现象，并且没有明显的塑性变形。从宏观检测初步判断，此次事故为奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。

2.2 工作介质检验

对离心机加工的液体淀粉物料取样，经过检验测得氯含量760mg/kg，pH值为6，呈弱酸性。以上结果与国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006对照，氯化物含量超过限值250mg/L。液体物料中含有氧元素和硫酸根离子呈弱酸性（pH值小于7）。根据文献，奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能是有针对性的，对盐酸和硫酸的耐腐蚀能力不强，特别是对当氯离子存在同时材料受到拉应力作用时易于发生应力腐蚀开裂。根据以上的分析看出，此物料是引起设备应力腐蚀的介质。

2.3 材质分析

对转鼓鼓身和鼓底无裂纹处取样，使用德国牛津FMP型火花直读光谱仪，分析其化学成分，从上表可以看出，制造转鼓筒体的原材料的主要成分Cr、Ni的含量都达到标准，属于标准304奥氏体不锈钢。

2.4 力学性能分析

在鼓底正常处、裂纹附近处和转鼓鼓身取样进行力学性能检验，304板材鼓身的抗拉强度为675MPa，洛氏硬度为81HRB；鼓底正常处和裂纹附近处抗拉强度分别为595MPa、580MPa，洛氏强度分别为78HRB、76HRB，均符合国家标准中0Cr18Ni9不锈钢的力学性能要求。

2.5 金相分析

在鼓底正常处和裂纹处取样进行金相检验，0Cr18Ni9铸后经1050℃固溶处理后，晶粒度粗大，并有少量碳化物和氧化物的细点状夹渣，呈分散分布，其金相组织为奥氏体。裂纹处金相组织同样为奥氏体组织，正常处和裂纹处均存在一定量夹杂物，呈点状分散分布。夹杂物一般是碳化物及杂质，是在奥氏体不锈钢铸造过程中产生的，如果含量过多会对材料的性能造成影响，但是从材料的理化性能和金相图来看，夹杂物不是造成材料裂纹的主要原因。裂纹属典型的穿晶型裂纹，从表面开始向内部扩展，裂纹尖端常出现分枝，在金相分析时会出现微裂纹，裂纹伸展并曲折，经常有贯穿点蚀的部位，裂纹符合应力腐蚀裂纹的特征。

对筒身取样进行金相检验，可以明显看出奥氏体转化成为马氏体，没有发现应力腐蚀裂纹，但是晶粒的不同方位滑移的交点由于腐蚀而成的腐蚀坑已经出现了。

3 事故原因分析

应力腐蚀断裂主要是受到拉应力和腐蚀介质的共同作用而产生脆性开裂现象，属于低应力破坏。应力腐蚀破坏一般是氯离子引起的，在酸、碱的介质中尤为严重，特别是溶液中氯离子和氧共存时引起的腐蚀尤为严重。从材料表面的锈迹、微观腐蚀坑及含氯元素并且为弱酸性的物料可以判断转鼓的使用环境是腐蚀环境。筒体所受拉应力主要为筒体在制造过程中的冷作加工（成型）和焊接造成的残余应力场中的拉应力和主轴传递过来的扭矩。主轴传来的扭矩，周向应力较大，这也是周向裂纹扩展的条件。在上述因素的共同作用下，使得转鼓鼓底发生应力腐蚀破坏。

鼓身和鼓底同样为304不锈钢，但是鼓底应力腐蚀程度对比鼓身更为严重。因为转鼓底的材料为304铸钢固溶状态，鼓身为其轧材。由于铸钢的晶粒一般比轧材的晶粒粗大，而且铸状晶明显，方向性强，化学成分偏析比轧材明显，杂质也更多，抗拉强度也比钢板降低，所以铸钢件发生应力腐蚀裂纹的临界应力也比钢板小得多，因而更加容易引起应力腐蚀。铸钢粗晶粒中形成的应力腐蚀裂纹尖端一般都有大量错位并可形成明显的滑移阶梯，易于应力腐蚀裂纹的扩展。

根据筒身的制造工艺，圆筒身是采用厚度为35mm钢材冷卷成型，如按筒身加工后内径为1600mm，毛坯极限尺寸内径为1584mm，外径为1654mm。所以相对筒身毛坯中层的表面延长率，经计算得到2.16%，按局部变形和角变形校正系数折算为5.2%。根据文献介绍，冷加工程序能促使18-8型奥氏体不锈钢发生向马氏体转变，而提高强度和硬度。虽然在金相检查中没有发现应力腐蚀裂纹，但是相织已从奥氏体转化为马氏体，并且塑性变形而造成的局部滑移，晶粒的不同方位滑移的交点由于腐蚀而成的腐蚀坑已经出现了。这种转变对抗应力腐蚀是不利的。

奥氏体不锈钢应力腐蚀机理是应力通过滑移使不锈钢合金的钝化膜破坏，造成裸露出的金属与其周围的连续钝化膜形成微电池，金属（阳极）被溶解形成微裂纹，裂纹又在腐蚀和应力共同作用下扩展传播，导致断裂。在裂纹扩展中，不同的化学成分的金属位错分布不同，裂纹扩展速度有明显差异，因而不同的钢种随合金成分的不同抗腐蚀断裂的能力也大不相同。当位错沿某一滑移面通过时，在表面上出现断层，暴露在腐蚀介质中的金属，因无保护而快速溶解，滑移的交点较容易腐蚀而形成腐蚀坑。

4 预防措施

（1）严格控制离心机的使用环境，控制氯离子的含量。

（2）从金属合金学的观点分析，18-8型奥氏体不锈钢对氯离子引起的应力腐蚀极为敏感，这是该类不锈钢产生事故的主要原因，建议采用抗应力腐蚀（含氯离子介质）性能更好的钢种。如选择用双相不锈钢或高镍奥氏体钢。

（3）在材料铸造过程中，采用合适的工艺，减少铸造缺陷，从而提高材料的力学性能及其耐腐蚀性。