奥氏体不锈钢法兰在使用过程中颈部出现开裂渗漏现象，通过材料化学成分分析、金 相显微组织分析、扫描电镜观察裂纹断面微观形貌及 Ｘ 射线能谱分析裂纹断面腐蚀产物成分，对 法兰开裂原因进行了分析。结果表明：法兰材料碳元素含量超标，且存在热加工缺陷，晶界处有大 量析出物，法兰使用过程中存在拉应力及腐蚀环境，以上因素共同作用导致法兰颈部发生沿晶应力 腐蚀开裂。

 
某化工厂在生产运营过程中发现法兰颈部有液 体渗漏现象，经观察发现法兰颈部存在沿圆周方向的 裂纹，如图１所示。此法兰内部介质为航空煤油，工 作压力为２．０ＭＰａ，介质温度为４０ ℃，外壁暴露于露天环境中，法兰材料为Ｓ３２１６８奥氏体不锈钢，采用锻 造成型工艺生产，后经固溶处 理，再 加 工 制 造 成 型。 笔者通过一系列理化检验方法以及对检验结果进行 分析讨论，找出了该不锈钢法兰裂纹产生的原因，并 提出了改进建议，以避免类似失效的再发生。
 
宏观观察法兰开裂部位可见，裂纹呈曲折、断续 状沿法兰颈圆周分布，法兰盘处无裂纹。法兰颈外 表面裂纹较多且间隙较大；法兰颈内 表面裂纹较少且细小。由此可以判 断，裂纹由外向内扩展。
 

结合上述理化检验结果及法兰使用条件进行如 下分析。
（１）敏感的材料 法兰显微组织晶界上存在大量析出物，析出物 的产生与法兰碳元素含量较高及热加工工艺制度有 关。过多碳元素，为晶界析出物产生提供物质基础， 在４００～８５０℃的敏化温度范围［２］，由于碳原子体积 小，在金属中有较大扩散能力，很容易扩散到晶界与 晶界上的铬原子结合，故使晶界上的铬元素含量下 降，同时晶内的铬也会向晶界扩散补充，但由于铬的 扩散能力远小于碳原子的，难以及时补充晶界上的 损失，故随晶界上碳化铬的不断析出，当铬元素含量降到 ＜１２％ （质 量 分 数）时，晶 界 就 会 有 被 腐 蚀 的危险。
（２）特定的腐蚀介质 能谱分析裂纹断面腐蚀产物，含有氯、硫、氧等 腐蚀性元素及铁、铬、锰、镍、硅等基体元素，腐蚀性 元素的出现与法兰和大气环境直接接触，雨水的冲 刷及厂区大气环境中存在该类元素有关。
（３）适当的拉应力是一个不受力的带颈法兰，当法兰受到 内部压力时，作 用 到 法 兰 上 产 生 力 矩 Ｍ，法 兰 盘 上 的矩形截面将发生的转动，导致法兰 颈产生细微纵向弯曲变形，因此法兰在使用过程中法兰颈。在加厚过渡带区域，因为应力集中较为明显，该区域 有可能弯曲幅度较大，氧化膜很可能会破裂，导致钻 杆基体与泥浆接触，腐蚀进一步加深，周而复始，发 生刺穿失效。
    结论：此次钻杆刺穿为早期腐蚀疲劳失效，疲劳裂纹 起源于钻杆加厚过渡带消失区域内壁的腐蚀坑底 部；钻杆钻进过程中，在交变载荷的作用下加厚过渡 带消失区域由于应力集中而在腐蚀坑底部萌生腐蚀 疲劳裂纹，裂纹不断扩展最终造成钻杆刺穿失效。 建议采用内涂层钻杆，可以有效避免钻杆基体 与井下介质的直接接触，防止钻杆内壁腐蚀，提高钻 杆的疲劳寿命；适当降低钻杆转速，减小钻杆承受的 旋转弯曲应力，也可以提高钻杆的使用寿命。