图 1稀配罐内壁着色检测结果
稀配罐又称混料罐，是将一种或几种物料按工艺配比进行混配的搅拌容器，具有节能、浓缩、生产能力强、清洁方便、结构简单等优点，主要用于药品物料及其他元素和各种药物的浓稀配置，是制药企业重要的生产设备之一[1-2]。稀配罐一般设有夹层，可进行加热、冷却、保温，接口类型为快装卡箍式。日常使用过程中，稀配罐失效的原因很多[3]，如材料疲劳、密封失效、清洁和消毒问题、错误操作、设计或制造缺陷等。
某医用稀配罐设备使用不到3 a就出现严重漏水现象，且在其生产的产品中检测出了Fe元素,导致产品报废。停产后，通过着色检测发现稀配罐内壁存在许多网状裂纹，呈现多区域分布(见图1)。稀配罐设计为双层夹芯结构，罐体由不锈钢内筒、保温棉夹层、不锈钢外筒三层结构组成，高度为1.7 m，直径为2.1 m（见图2）。罐体内筒材料的设计要求为316 L不锈钢镜面材料，厚度为6 mm；外筒材料的设计要求为304不锈钢，厚度为3 mm；中间夹层厚度设计为50 mm，用岩棉进行填充。采用的焊接材料为H0Cr20Ni17Mo3钢，焊接方式为氩弧焊。该稀配罐用于生产体积分数为0.9%的NaCl医用注射液，工作压力为0.3 MPa，工作温度为121 ℃，设计温度为145 ℃，产品设计寿命为10 a。笔者采用一系列理化检验方法对该稀配罐的泄漏原因进行分析，并提出改进措施，以避免该类问题再次发生。
1. 理化检验
1.1 宏观观察
对泄漏稀配罐内层进行宏观观察，结果如图3所示。由图3可知：罐壁内层可见许多小圆柱，其周围存在网状裂纹；内层焊缝侧也有裂纹，但裂纹数量和尺寸较小，大裂纹主要在内部基体处。
对泄漏稀配罐外层进行宏观观察，结果如图4所示。由图4可知：外层光滑平整，未发现锈蚀或裂纹缺陷。
1.2 化学成分分析
在泄漏稀配罐内层取样，对试样进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：依据GB/T 20878—2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》，判断内层材料为304不锈钢，而非设计要求的316L不锈钢，且未检测到Mo元素。
Table 1.泄漏稀配罐内层的化学成分分析结果
1.3 能谱分析
对泄漏稀配罐内层裂纹处进行能谱分析，结果如图5所示。由图5可知：稀配罐内层裂纹处存在氯离子，且裂纹前端的氯离子浓度更高。
2. 综合分析
稀配罐内层材料为304钢，没有按照设计要求采用316L不锈钢。304不锈钢中不含有Mo元素。Mo元素易富集在不锈钢钝化膜中，形成MoO2，使具有腐蚀性的氯离子击穿钝化膜的能垒增加，提高材料的抗点蚀性能。研究表明，Mo元素的抗点蚀能力约为Cr元素的3.3倍，因此，必须选用316L不锈钢作为稀配罐的内层材料。稀配罐内层材料使用不当是稀配罐发生腐蚀开裂的根本原因。
为了防止稀配罐内层与外层接触，在内层外表面焊接了许多支撑小圆柱，从而产生了焊接热应力。由于罐体尺寸较大，生产厂家没有大的热处理设备对其进行退火，以消除焊接热应力，因此在腐蚀环境下，圆柱焊趾周围产生了大量应力腐蚀网状裂纹。稀配罐在体积分数为0.9%的NaCl溶液中发生了氯离子应力腐蚀[4]，形成了网状裂纹，导致稀配罐发生泄漏事故。
稀配罐焊接的焊条材料为H0Cr20Ni17Mo3钢，其含有质量分数为3%的Mo元素，能有效地抵抗氯离子腐蚀，但是罐体没有经过退火处理以消除焊接热应力，虽然焊缝本身没有腐蚀裂纹，但其热应力影响了基体的抗应力腐蚀能力，导致焊缝周围也形成了一些裂纹。
综上所述，在体积分数为0.9%的NaCl溶液环境下，稀配罐内层304不锈钢起支撑作用的焊接圆柱焊趾区域发生氯离子腐蚀，且罐体没有进行焊后去应力处理，导致稀配罐产生应力腐蚀裂纹，最终导致稀配罐泄漏。
3. 改进措施
焊接不锈钢圆柱是为了防止罐内层与外层接触，但不锈钢圆柱焊接后会产生焊接热应力，如果无大型热处理炉对其进行焊后消除热应力，会使材料发生应力腐蚀。为了防止内层与外层接触，在罐体中间夹层机械嵌套3层板厚为6 mm，宽度为20 mm的304钢圈，代替焊接的不锈钢圆柱，起到固定和隔离的作用。这样既免去了焊接过程，也起到了防止内层和外层罐壁接触的效果。采用蛭石粉作为填充材料。蛭石粉是由蛭石经过研磨而成的粉末状物质，是一种天然、无机、无毒的矿物质，在高温下不会膨胀，具有尺寸细密、坚实、保温效果好等优点。
按改进要求重新制造了两台稀配罐。后期经实践证明，新制造的两台医用稀配罐已安全使用超过10 a，其生产的体积分数为0.9%的NaCl注射液产品全部合格，经检查罐壁依然完好无损。
4. 结论
稀配罐内层金属为304不锈钢，不是设计要求的316L不锈钢，材料的抗氯离子应力腐蚀能力降低，在NaCl溶液的作用下，稀配罐内层发生应力腐蚀开裂，最终导致稀配罐泄漏。
使用3层304圆环机械嵌套的形式代替焊接不锈钢柱固定稀配罐的内层和外层，可以避免产生焊接应力。同时，采用蛭石粉作为保温材料，可以使填充效果更加坚固、结实，保温效果更佳。
来源--材料与测试网