不銹鋼冷凝器是現(xiàn)代船舶系統(tǒng)中必不可少的裝置，在船舶動(dòng)力系統(tǒng)、滑油冷卻系統(tǒng)和空調(diào)冷卻系統(tǒng)均有應(yīng)用。不銹鋼冷凝器中的換熱管由于長期與流動(dòng)的海水接觸，常常遭受嚴(yán)重腐蝕而縮短整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命，處理不及時(shí)，甚至?xí)劤墒鹿?。換熱管材料較初由碳鋼、鑄鐵建造，因其不耐腐蝕，逐步改用TUP紫銅、Bl0等銅及銅合金材料。近年來，隨著B30的生產(chǎn)工藝日趨成熟，船舶不銹鋼冷凝器換熱管開始換用具有良好的耐沖刷性能的B30銅鎳合金管，這在很大程度上延長了換熱管的使用壽命，但腐蝕問題仍然存在，海水管路泄漏情況時(shí)有發(fā)生。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)B30在海水中的腐蝕進(jìn)行了一系列的研究，由于傳熱管在海水中的腐蝕影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，相關(guān)腐蝕失效原因也須結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行分析，因此本文針對(duì)不銹鋼冷凝器B30換熱管的腐蝕問題進(jìn)行分析，對(duì)其腐蝕失效原因進(jìn)行研究。

1試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料為發(fā)生泄漏的B30換熱管，采用碳硫分析儀(CS800)和ICP（全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀）對(duì)B30換熱管進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)依據(jù)為GB/T5121.27-2008和GB/T5121.4-2008；根據(jù)GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》以及YS/T449-2002《銅及銅合金鑄造和加工制品顯微組織檢驗(yàn)方法》，對(duì)B30換熱管進(jìn)行金相組織分析；利用三維視頻掃描儀觀察清除腐蝕產(chǎn)物后蝕坑形貌，并利用XL-30環(huán)境掃描電鏡對(duì)B30換熱管試樣進(jìn)行微觀形貌觀察，并結(jié)合EDS分析試樣表面腐蝕產(chǎn)物。

2結(jié)果及討論

2.1合金成分

B30換熱管的實(shí)測(cè)合金成分如表1所示。由表1可知，該管段的實(shí)測(cè)合金成分均滿足德國KME公司企標(biāo)和德國標(biāo)準(zhǔn)要求，表明該管線的成分滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2金相組織分析

圖1為B30換熱管內(nèi)側(cè)和外側(cè)的橫向和縱向金相組織，B30管段的金相組織為孿晶組織，晶粒度為10.0級(jí)。與標(biāo)準(zhǔn)B30管材的金相組織如圖2所示，管內(nèi)側(cè)和外側(cè)均為完全退火后等軸狀孿晶組織，晶粒度為9.5級(jí)）相比，該B30換熱管普遍存在外側(cè)與內(nèi)側(cè)組織狀態(tài)不一致的現(xiàn)象，管材外側(cè)為等軸晶組織，而管材內(nèi)側(cè)局部呈現(xiàn)拉長晶組織，為非完全退火的組織。

2.3宏觀腐蝕形貌

宏觀腐蝕形貌如圖3所示，可以看出，B30換熱管外表面整體呈黑色，存在大大小小的可見麻點(diǎn)，麻點(diǎn)顏色為黃褐色，內(nèi)部表面部分蝕坑內(nèi)有黑色腐蝕產(chǎn)物，該覆蓋物結(jié)合力較差，輕輕碰觸即脫落，脫落后的腐蝕產(chǎn)物呈黃褐色，腐蝕形貌呈現(xiàn)出潰瘍狀腐蝕的特征。選取腐蝕較嚴(yán)重的部位如圖4中標(biāo)識(shí)區(qū)域）切割加工制備成20mmx55mm的長方形檢測(cè)試樣，進(jìn)行腐蝕形貌觀察和腐蝕產(chǎn)物分析。

2.4腐蝕形貌

圖5為B30換熱管外表面和內(nèi)表面各典型部位的三維視頻掃描形貌，以試樣邊緣圍成的區(qū)域作為統(tǒng)計(jì)區(qū)域，外表面腐蝕坑尺寸較小約250μm×300μm，較大約1300μm×800μm。腐蝕坑深度較淺約為15μm，較深約為65μm。內(nèi)表面較大蝕坑長約8mm，寬約4mm，深約620μm，較小麻點(diǎn)200μm×150μm，深度約20μm。對(duì)比內(nèi)外表面的腐蝕情況可知，B30換熱管內(nèi)表面腐蝕坑數(shù)量、坑深及腐蝕坑尺寸均大于外表面的，表明內(nèi)表面腐蝕更為嚴(yán)重。

2.5腐蝕產(chǎn)物

將較嚴(yán)重腐蝕部位的試樣表面泥垢油污和腐蝕產(chǎn)物清除，如圖6所示，腐蝕坑底部出現(xiàn)兩處紅色物質(zhì)箭頭標(biāo)識(shí)處）。經(jīng)分析，該紅色物質(zhì)為高富Cu相。

腐蝕坑表面外圍（A處）和底部（B處）的SEM及EDS結(jié)果如圖7和表2所示，可見，在蝕坑外，Ni元素含量32.08%（ω），Cu元素含量為64.89%（ω），材料成分符合B30合金特征；在蝕坑內(nèi)，Ni元素的較低含量僅1.84%，遠(yuǎn)低于B30合金的Ni含量。

腐蝕坑內(nèi)部截面的SEM及EDS結(jié)果如圖8和表3所示，可以看出，A處位于材料內(nèi)部，B處位于腐蝕坑底部，C處為腐蝕坑底部顆粒狀物質(zhì)表面，A、B兩處Ni元素含量相差不大，分別為26.42%和29.84%，C處Ni元素含量很少而Cu元素富集。同時(shí)，根據(jù)Pourbaix圖，在酸性、中性和弱堿性環(huán)境中，銅的電位均正于鎳90mV左右，只有到了強(qiáng)堿性溶液中（PH>13），鎳的電位才比銅正。該B30換熱管內(nèi)部環(huán)境為具有弱堿性的海水，因此在高富Cu相的周圍，富Ni相會(huì)優(yōu)先發(fā)生腐蝕，當(dāng)包圍高富Cu相的富Ni相腐蝕到一定程度后，高富Cu相脫落，造成較深的腐蝕坑，成為管路中的薄弱區(qū)域，當(dāng)腐蝕進(jìn)一步發(fā)生后，可能導(dǎo)致腐蝕穿孔，進(jìn)而發(fā)生泄漏。

3結(jié)論

B30換熱管合金成分符合要求，但是管材內(nèi)外壁微觀組織存在差異。換熱管內(nèi)壁外壁均發(fā)生腐蝕，管路失效主要由與海水接觸的內(nèi)壁發(fā)生的點(diǎn)蝕所引起。換熱管內(nèi)壁首先發(fā)生富Ni相的腐蝕，導(dǎo)致高富Cu相脫落并逐步形成較深的腐蝕坑。