BFe10-1-1白銅管具有良好(hao)的抗污(wu)性(xing)(xing)能和換熱(re)性(xing)(xing)能，且其腐蝕(shi)溫度敏感(gan)性(xing)(xing)較低，常用來制(zhi)造電(dian)力工(gong)業領域中火電(dian)機組的熱(re)交(jiao)換器。

某超超臨界火電機組發電機氫冷(leng)器(qi)運行4a（年）后發生(sheng)泄漏(lou)，解體(ti)后發現多(duo)處熱交(jiao)換器(qi)管(guan)子內壁呈現腐蝕形態，其中數(shu)根管(guan)子出現穿孔(kong)性泄漏(lou)。該泄漏(lou)失效的熱交(jiao)換器(qi)管(guan)子材料為(wei)(wei)BFe10-1-1白銅，規格為(wei)(wei)？19mm×1mm，管(guan)內流通介質為(wei)(wei)閉式(shi)循環水(shui)，pH為(wei)(wei)8.5~9.5，流動(dong)速度(du)為(wei)(wei)1.2m·s-1，工作(zuo)壓力為(wei)(wei)0.2MPa，工作(zuo)溫度(du)為(wei)(wei)40~50℃。

為找出該(gai)BFe10-1-1白銅管的(de)失效原因，筆者對(dui)其進(jin)行了一系列的(de)理化檢驗和分析，以(yi)期類(lei)似事(shi)故不(bu)再發生。

理化檢驗

宏觀觀察

圖1 失(shi)效管子的(de)宏觀形貌

圖1為失(shi)效(xiao)管子的宏觀形貌，可(ke)見管子泄漏部位(wei)存在(zai)明(ming)顯龜(gui)裂現象，裂紋呈放射狀(zhuang)，未見明(ming)顯塑性變形。

化學(xue)成(cheng)分分析

在失(shi)效(xiao)管子未發生泄漏部位分(fen)(fen)別(bie)截取3個試樣(yang)，采用PDA7000型全定(ding)量(liang)元素(su)分(fen)(fen)析儀對其進行化(hua)學成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析，結果見表1。

表1 失(shi)效管(guan)子的化學成(cheng)分(fen)（質(zhi)量(liang)分(fen)數）％

可(ke)見失效管子(zi)符合(he)GB/T 5231-2012?加(jia)工銅及銅合(he)金(jin)牌號(hao)和化學成(cheng)(cheng)分(fen)？對BFe10-1-1白銅的成(cheng)(cheng)分(fen)要求(qiu)。

金相檢(jian)驗

截取失效管子的泄(xie)漏部(bu)位（含裂紋區域），經(jing)水磨(mo)拋光后，使(shi)用鹽酸100mL+氯化(hua)銅5g+酒精100mL浸蝕，然后采用Carl Zeiss Observer A1m型金相顯微鏡觀察(cha)其顯微組織和裂紋形態，如圖2所示(shi)。

圖2 失效(xiao)管子的顯微組織及(ji)裂紋形貌

圖2a）和b）可見失效管子的顯微組織為單(dan)相(xiang)α固溶體，圖2c）和d）可見管子泄漏(lou)部位(wei)存(cun)在多條裂(lie)紋，裂(lie)紋呈(cheng)放射狀并沿晶界分布(bu)，且在擴(kuo)展過程(cheng)中不斷形(xing)成網(wang)狀伴生裂(lie)紋。

斷口分析

失效管子(zi)泄漏部位試樣經3次(ci)超(chao)聲波(bo)清洗后（清洗介質為分析(xi)純無水(shui)酒精），采用Carl Zeisssigma 300型(xing)熱場(chang)發射掃(sao)描(miao)電子(zi)顯微鏡（SEM）觀察其斷口及裂(lie)紋形貌，如圖3所(suo)示。

圖3 失效(xiao)管子斷口及裂紋SEM形貌

圖3a）可(ke)見(jian)斷(duan)口(kou)呈冰(bing)糖狀，圖3b）可(ke)見(jian)裂紋(wen)內(nei)部存在明顯覆層。對(dui)斷(duan)口(kou)及(ji)裂紋(wen)內(nei)覆層進行能(neng)譜（EDS）分析，結果見(jian)表2。

表2 失效管子斷口及裂(lie)紋內覆層的EDS分析(xi)結果（質量分數(shu)）％

可見斷口及裂紋內覆層(ceng)的(de)物質主要為腐蝕(shi)產物，其中(zhong)氯(lv)化(hua)(hua)物的(de)質量分數較大，同時含有部分硫化(hua)(hua)物。

對失效管子泄(xie)漏(lou)部位進(jin)行面掃描分析，如圖4所示(shi)。

圖4 失效管子(zi)泄(xie)漏(lou)部(bu)位面掃描分析形(xing)貌

可(ke)見失效管子基(ji)體(ti)(ti)中碳、鎳(nie)、鐵等元素呈明顯的區域(yu)性分布(bu)(bu)，且(qie)主要(yao)分布(bu)(bu)于基(ji)體(ti)(ti)晶界處(chu)。

管(guan)子內壁覆層(ceng)檢(jian)驗

對失效(xiao)管子的內壁覆層進行(xing)SEM分析，如圖5所示，并對失效(xiao)管子的內壁覆層進行(xing)EDS分析，結果見表3。

圖5 失效(xiao)管(guan)子(zi)內壁覆層SEM形貌

表3 失效管子(zi)內壁覆層EDS分析(xi)結果（質量分數） ％

可見失效管子內壁(bi)存在明顯(xian)的覆(fu)層，覆(fu)層主要為沉(chen)積物(wu)和腐蝕(shi)產物(wu)。

分(fen)析與討論

BFe10-1-1白銅管具有(you)良好的抗腐蝕(shi)性能，一般情況下不容(rong)易(yi)發生腐蝕(shi)，只在海水(shui)介質流(liu)動速(su)(su)度達(da)到(dao)3m·s-1時才會出(chu)現表面(mian)嚴重破(po)壞(huai)，腐蝕(shi)速(su)(su)率迅速(su)(su)增大的現象。

發(fa)生(sheng)泄漏的(de)熱(re)交(jiao)換(huan)(huan)器管(guan)(guan)(guan)子內(nei)壁存在明顯的(de)沉(chen)積物(wu)(wu)覆蓋，容易(yi)造成(cheng)(cheng)(cheng)白(bai)銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)內(nei)壁沉(chen)積物(wu)(wu)下(xia)內(nei)壁表(biao)面(mian)與(yu)流通介質(zhi)的(de)氧(yang)濃度(du)和(he)介質(zhi)濃度(du)的(de)差異(yi)，進而(er)形成(cheng)(cheng)(cheng)沉(chen)積物(wu)(wu)下(xia)氧(yang)濃差腐(fu)蝕(shi)。沉(chen)積物(wu)(wu)下(xia)缺氧(yang)的(de)管(guan)(guan)(guan)壁為腐(fu)蝕(shi)原電池的(de)陽極(ji)，沉(chen)積物(wu)(wu)周圍富氧(yang)區為陰極(ji)。由(you)于(yu)熱(re)交(jiao)換(huan)(huan)器白(bai)銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)中的(de)冷卻水偏堿性，在缺氧(yang)的(de)情況下(xia)，沉(chen)積物(wu)(wu)下(xia)的(de)白(bai)銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)（陽極(ji)）被氧(yang)化成(cheng)(cheng)(cheng)Cu2+和(he)Cu+后進而(er)水解成(cheng)(cheng)(cheng)Cu2O，并使(shi)得(de)腐(fu)蝕(shi)坑內(nei)的(de)溶液呈酸性進而(er)加劇腐(fu)蝕(shi)的(de)發(fa)生(sheng)，導(dao)致(zhi)白(bai)銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)內(nei)壁產(chan)生(sheng)點腐(fu)蝕(shi)，反應方程(cheng)式如下(xia)

Cu-e-＝Cu+（1）

Cu-2e-＝Cu2+（2）

2Cu++H2O＝Cu2O+2H+（3）

Cu2++H2O+2e-＝Cu2O+2H+（4）

在(zai)點腐(fu)(fu)蝕坑區域(yu)酸(suan)性(xing)環境的(de)(de)作用下，Cl-對存在(zai)于晶界部(bu)位(wei)(wei)的(de)(de)鐵元素產生進(jin)一步腐(fu)(fu)蝕使(shi)得富(fu)集于晶界處的(de)(de)鐵元素不(bu)斷流失(shi)形成(cheng)空(kong)位(wei)(wei)，空(kong)位(wei)(wei)的(de)(de)不(bu)斷形成(cheng)及(ji)合(he)并導(dao)致晶間裂紋的(de)(de)萌(meng)生，最終導(dao)致管子產生晶界腐(fu)(fu)蝕開裂。

結論(lun)及建議

該熱交(jiao)換器BFe10-1-1白銅管(guan)內壁存在明顯的沉(chen)積物(wu)(wu)，沉(chen)積物(wu)(wu)下形(xing)成氧濃差腐(fu)蝕(shi)，導致管(guan)子(zi)內壁產生(sheng)點(dian)腐(fu)蝕(shi)；點(dian)腐(fu)蝕(shi)坑區(qu)域的鐵元素不(bu)斷流失形(xing)成空位，空位的不(bu)斷形(xing)成及合并導致晶(jing)(jing)間(jian)裂(lie)紋的萌生(sheng)，最終導致管(guan)子(zi)發生(sheng)晶(jing)(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)。

建議在機組停(ting)機時開展熱交(jiao)換器(qi)的保養及清洗工作，對換熱器(qi)管子里的殘留介質進(jin)行吹除(chu)并充氮氣；對同廠家同批(pi)次(ci)生產的熱交(jiao)換器(qi)管子內壁腐蝕(shi)情(qing)況(kuang)進(jin)行檢查，以確保機組安全運行。