1Cr18Ni9Ti不锈钢回油导管外表面产生缺陷的原因

徐心洁,林文钦,路 寒

(航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都 610092)

1Cr18Ni9Ti不锈钢属于通用型铬-镍奥氏体不锈钢，具有优良的耐均匀腐蚀性能，但其耐应力腐蚀和点蚀性能较差，广泛应用于化工、航空航天、航海等领域[1-3]。

在对某型号飞机进行地面例行检查时，多架飞机发现1Cr18Ni9Ti导管表面局部存在黄色雪花状斑纹，这些导管安装在相同位置。经查，缺陷导管均为同一原材料质量编号。导管的主要工艺流程如下：零组件查收→端头加工(扩口)→中间检验→气密强度试验→清洗、包扎→表面处理(导管外表面接口处涂灰色漆)→成品检验。

为查明导管表面缺陷的性质和产生原因，本工作针对其中一根缺陷导管进行了详细的理化检验，对导管表面缺陷产生的原因进行了分析，并提出了改进建议。

1 理化检验及结果

1.1 宏观分析

肉眼观察可见缺陷导管外表面未喷漆部位多处存在黄色雪花状斑纹，分布位置无任何规律性，见图1。

1.2 微观分析

采用SM-5910LV型扫描电子显微镜(SEM)观察缺陷导管，高倍下可见导管表面黄色斑纹部位存在泥纹状花样且伴随有附着物，见图2。能谱分析结果表明，导管缺陷部位含较多的O和一定量的腐蚀性元素S、Cl、K，见表1。

由图3可见：缺陷导管外表面正常部位呈网状形貌。用稀释后的盐酸水溶液对缺陷部位进行清洗，黄色斑纹消失，高倍下可见其表面形貌与导管外表面正常部位形貌一致，未见腐蚀坑，见图4。由此说明缺陷导管外表面的点蚀暂未深入管材基体。

(a) 缺陷分布位置

(b) 缺陷宏观形貌图1 缺陷导管外表面的缺陷分布情况及缺陷宏观形貌Fig. 1 Distribution (a) and macro morphology (b) of defects on the outer surface of the defective tube

图2 缺陷导管外表面缺陷处的微观形貌(清洗前)Fig. 2 Micro morphology of defect on the outer surface of the defective tube (before cleaning)

表1 缺陷导管缺陷部位和正常部位的能谱分析结果Tab. 1 EDS analysis results of the defective tube at defect site and normal site %

图3 缺陷导管外表面微观形貌Fig. 3 Micro morphology on the outer surface of defective tube

图4 缺陷导管外表面缺陷处的微观形貌(清洗后)Fig. 4 Micro morphology of defect on the outer surface of the defective tube (after clearing)

存在表面缺陷的导管的原材料均是同一厂家生产的同质量编号材料，分别取同生产厂家的原材料(下简称A原材料)以及其他生产厂家的原材料(下简称B原材料 )进行外表面对比检查。结果显示：A原材料外表面呈网状形貌，而B原材料外表面未见网状形貌，见图5。这表明1Cr18Ni9Ti不锈钢导管外表面形貌与制造工艺有一定关系。

(a) A原材料

(b) B原材料图5 原材料外表面的微观形貌Fig. 5 Micro morphology on the outer surface of raw material: (a) A raw material; (b) B raw material

1.3 显微组织检查

在导管外表面缺陷部位及其他正常部位取样，分别制成抛光态和腐蚀态金相试样。

由图6可见：抛光态下，导管外表面缺陷部位及其他正常部位均未见腐蚀坑；用氯化铁盐酸腐蚀剂腐蚀之后，外表面缺陷部位及其他正常部位均存在一层表面细晶区，细晶区深度为0.03～0.05 mm。

(a) 抛光态试样

(b) 腐蚀态试样图6 缺陷导管外表面的显微组织(200×)Fig. 6 Microstructure on the surface of the defective tube (200×): (a) polished sample; (b) corroded sample

由图7可见：A原材料和缺陷导管的显微组织一致，外表面存在一层细晶区，深度为0.02～0.04 mm；B原材料整体组织均匀，未见表面细晶区。

1.4 显微硬度检测

由图8可见：从缺陷导管外表面(细晶区)到心部(正常区)的显微硬度呈下降趋势，即表面细晶区的硬度高于心部的(最大相差85 HV0.1)。根据GB/T 1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》进行抗拉强度值的换算，结果表明：缺陷导管心部的抗拉强度约为589 MPa，满足GJB 2296-1995标准中抗拉强度大于等于550 MPa的要求。

1.5 导管成分检测

1.5.1 导管化学元素检测

在缺陷导管上取样进行化学成分分析，结果显示其化学成分满足标准要求，见表2。

(a) 厂家A

(b) 厂家B图7 原材料的金相组织(200×)Fig. 7 Microstructure of the raw material (200×): (a) A raw material; (b) B raw material

图8 缺陷导管的显微硬度Fig. 8 Micro hardness of the defective tube

表2 缺陷导管的化学成分测试结果Tab. 2 Chemical composition test results of the defective tube %

1.5.2 导管表面细晶区成分检测

分析了缺陷导管金相试样表面细晶区和基体部位(正常部位)的化学成分，结果显示：与正常部位相比，表面细晶区的O含量较高，未见其他异常含量元素，详见表3。

表3 缺陷导管表面不同区域的EDS分析结果Tab. 3 EDS analysis results of the defective tube at different areas of the surface %

1.6 晶间腐蚀试验

分别在缺陷导管、A原材料、B原材料上取样，根据GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀试验。经过16 h硫酸-硫酸铜腐蚀试验后，采用10倍放大镜观察试样弯曲部位外表面形貌，结果均未见裂纹。

采用金相法进一步对试样进行检查，结果显示：缺陷导管与A原材料试样均存在晶间腐蚀倾向(缺陷导管试样的晶间腐蚀深度约为0.03 mm，A原材料试样的晶间腐蚀深度约为0.02 mm)，缺陷导管试样的晶间腐蚀深度比较均匀(见图9)，且缺陷导管表面的晶间腐蚀仅处于表面细晶区范围内的。而B原材料试样在晶间腐蚀试验后未出现晶间腐蚀倾向。

(a) 缺陷导管试样

(b) A原材料试样图9 缺陷导管试样和A原材料试样经晶间腐蚀试验后的表面形貌(500×)Fig. 9 Surface morphology of failed duct sample (a) and A raw material sample (b) after intergranular corrosion test (500×)

为了进一步验证缺陷导管表面细晶区对晶间腐蚀的影响，另取一截A原材料，在保证将外表面细晶区完全去除的情况下(外表面车削0.1 mm)，再次进行晶间腐蚀试验，结果未见裂纹；采用金相法对试样进行检查，未见晶间腐蚀倾向，见图10。

图10 去除细晶区的A原材料试样经晶间腐蚀试验后的显微组织(1 000×)Fig. 10 Microstructure of A raw material sample with fine grain area removed after intergranular corrosion test (1 000×)

1.7 盐雾试验

在A原材料上取两截试样进行为期6 d的盐雾试验，其中一截试样不进行处理，另一截试样经车削处理以保证表面细晶区完全去除。结果显示未车削试样出现与缺陷导管试样类似的黄色锈迹；车削试样经6 d盐雾试验后，外表面未见异常，见图11。B原材料试样经6 d盐雾试验后，表面未见异常。

(a) 未车削试样 (b) 车削后试样图11 A原材料试样经过6 d盐雾试验后的表面宏观形貌Fig. 11 Macro morphology of A raw material sample after salt spray test for 6 day： (a) sample without lathe work ； (b) sample with lathe work

为了进一步确认缺陷导管表面的黄色锈蚀是否会延伸至基体内部，在缺陷导管存在黄色斑纹部位取样并进行为期22 d的盐雾试验。由图12可见：试样外表面大部分已被棕黄色锈迹覆盖，沿横截面制取金相试样进行观察，结果显示：外表面局部存在腐蚀坑形貌，最深处约为14 μm，未超过外表面细晶区的最大深度。

(a) 表面宏观表面 (b) 金相组织 图12 缺陷导管试样经22 d盐雾试验后的外表面宏观形貌及金相组织Fig. 12 Macro morphology (a) and metallographic structure (b) on the outer surface of the defective tube sample after salt spray test for 22 d

2 分析与讨论

缺陷导管外表面的黄色斑纹为氧化腐蚀产物，应系在外界环境中产生的局部浅腐蚀。相关文献指出，不锈钢的点蚀通常发生在含有卤素阴离子的溶液中，其中以氯化物、溴化物的侵蚀性最强[4]。实际检测结果显示：缺陷导管缺陷部位存在一定量的腐蚀性元素S、Cl、K等，虽然发现问题时缺陷深度很小，但随着时间的延长，不排除深度增加、形成点蚀坑的可能。对缺陷导管的服役环境进行复查，并无明显污染源，大气环境以及工作人员手上的汗液均可能成为腐蚀性元素的来源。

缺陷导管外表面组织存在细晶区，呈网状形貌。晶间腐蚀试验结果显示缺陷导管及A原材料虽符合材料标准要求，但导管表面细晶区存在晶间腐蚀倾向；同时，对表面细晶区的能谱检测结果显示该区O含量较其他区域的略高；显微硬度检测结果显示表面细晶区的硬度高于基体的，由此可推测这层细晶区硬脆且耐蚀性较差。

为期22 d的盐雾试验结果说明：导管外表面的锈蚀(腐蚀坑)仅存在于表面细晶区范围内。通过车削的方式将导管外表面的细晶区去除后，导管在晶间腐蚀试验和盐雾试验中均未发生任何表面锈蚀现象。由此可以确认：导管外表面的锈蚀仅发生在细晶区范围内的浅表层，未扩散至导管基体，再次证明导管原材料表面状态不佳对其耐蚀性存在不利影响。

对比两个厂家生产的管材，推测A管材外表面细晶区与其生产工艺有关。相关文献指出，点蚀经常发生在不锈钢表面的钝化膜上，不锈钢的耐蚀性主要决定于钝化膜的性能[5]。A原材料表面细晶区的存在影响了其表面钝化膜的致密性，再加上导管表面只在接口处进行喷漆处理，其他部位均未喷漆，使导管表面可与外界环境中的腐蚀介质直接接触，最终导致了导管外表面发生局部腐蚀。

3 结论与建议

(1) 缺陷导管外表面的黄色斑纹为氧化腐蚀产物，属于在外界环境影响下产生的局部浅腐蚀，不排除随着时间的延长发展为点蚀的可能性。

(2) 缺陷导管外表面存在深度为0.03～0.05 mm的细晶区，该细晶区对管材的耐蚀性存在不利影响。表面细晶区属于导管原材料问题，与制造厂的生产工艺有关。

(3) 考虑到缺陷导管服役环境中除受到振动应力外并不受其他应力作用，故给出以下建议：对于已经安装完毕、投入使用的导管，在飞机的地面例行检查中，着重加强对与缺陷导管相同炉批号/质量编号/生产厂家的导管的外观检查，及时更换出现明显黄色斑纹的导管；对于还未交付使用的、由厂家A生产的导管，将导管仅在接口部位喷漆改为整件导管外表面喷漆后再投入使用。