应力腐蚀失效分析案例
不锈钢氯离子应力腐蚀开裂分析
不锈钢氯离⼦应⼒腐蚀开裂分析技术与信息96 |2019年4⽉产物，对其进⾏化学分析，发现其中氯离⼦的含量⽐较⾼。
不锈钢部件的氯离⼦应⼒腐蚀开裂从萌⽣到开裂失效往往会经历较长的使⽤过程，可能是⼏年或者⼏⼗年，⽽该设备上所使⽤的两只三通才更换使⽤不到两个⽉时间，这么短的时间内造成如此⼤的裂纹，可以说该三通部件没有经历孕育萌发阶段⽽直接进⼊裂纹扩展阶段。
通过对该企业留存的不锈钢三通备件进⾏检查发现，三通内表⾯不光洁，存在较多的⽑刺，未经过有效的表⾯处理，外表⾯肩部有明显的压痕，见图2所⽰，三通在冷压制成型过程中在其肩部造成了较⼤的残余应⼒以及组织的转变(马⽒体相变)，在很⼤程度上促使该部件氯离⼦应⼒腐蚀开裂的形成，同时管道输送的介质中存在较⾼浓度的游离态氯离⼦，同时该管道输送介质的温度常年25～45℃的较⾼使⽤温度下使⽤，各种因素的综合影响，导致该三通部件在使⽤过程中直接跳过了裂纹孕育期，急速进⼊裂纹稳定扩展阶段，最终形成裂纹造成部件失效。
图1 裂纹⾦相图图2 不锈钢三通部件3 三通肩部应⼒腐蚀开裂的关键因素氯离⼦不但能造成不锈钢压⼒容器管道的孔腐蚀，⽽且更容易造成不锈钢压⼒容器及管道元件的应⼒腐蚀开裂。
其影响因素包括：氯离⼦浓度、拉应⼒、温度以及pH 值、氧含量、合⾦成分等。
3.1 介质中氯离⼦含量氯离⼦含量是影响不锈钢应⼒腐蚀开裂的直接因素，氯离⼦含量与应⼒腐蚀开裂成正⽐，在⾼温情况(⼤于60℃)，氯离⼦含量只要达到1mg/L，就能够直接造成构件的破裂。
0 引⾔2010年11⽉20⽇，泰兴某化⼯烧碱企业产烧碱量达到70万吨以上，其在⽤的8万吨/年改性聚氯⼄烯项⽬所使⽤的两台氯⼄烯泵后相连的压⼒管道三通成品管件，在投⽤使⽤了两年多后三通成品管件肩部发⽣开裂性泄漏，开裂部位形貌如树枝根须状。
该⼯程项⽬上氯⼄烯管道在⽤的两只成品三通，且都不同程度的出现了同样的问题。
根据现场资料显⽰三通规格为φ159×4.5，材质为0Cr18Ni9，设计使⽤压⼒是1.60MPa，设计使⽤温度为常温，⽇常⼯作介质为氯⼄烯。
失效案例分析
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b.氢致开裂（HIC）
在钢的内部发生氢鼓 泡区域，当氢的压力 继续增高时，小的鼓 泡裂纹趋向于相互连 接，形成有阶梯特征 的氢致开裂。氢致开 裂发生不需要外加应 力（载荷应力、残余 应力），故从概念讲 不属于应力腐蚀破坏 范畴。
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c.硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）
• 硫化氢在液相水中，由于电化学的作用，在阴极反应时生成氢 原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致脆性增加（氢原子 渗透到钢的内部晶格，在亲和力的作用下生成氢分子，钢材晶 格发生变形，材料韧性下降，脆性增加），在外加拉应力或残 余应力的作用下形成开裂。
2、焊接裂纹有不同的特性，要根据不同的裂纹产生机理 及形式选择检测的时机与方法，提高检验的有效性。
• 延迟裂纹 • 液化裂纹
3、对于易产生焊接裂纹的钢种，一旦发现裂纹，应扩大 检验比例。
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案例1：反应流出物换热器管箱入口不锈钢法兰开裂
某石化炼油厂，2010年大修检验发现，反应流出物换热器管箱入口 不锈钢法兰开裂。 主要原因：
P≤0.008%、Mn≤1.30%，且应进行抗HIC性能试验或恒 负荷拉伸试验。
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在湿硫化氢应力腐蚀环境中使用的其它材料制设备和管 道应符合下列要求：
铬钼钢制设备和管道热处理后母材和焊接接头的硬度应不 大于HB225（1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo）、HB235 （2.25Cr-1Mo、5Cr-1Mo）或HB248（9Cr-1Mo）；
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湿硫化氢环境分类（NACE 8X196） 一类：不选用抗HIC钢，可不做热处理 二类：可选抗HIC钢，要进行热处理 三类：选用抗HIC钢，要进行热处理
无水氟化氢导致奥氏体不锈钢应力腐蚀分析
70.69/74.07 "C ,设备投入使用八周后壳程封头直边端出现泄漏。应用金相显微镜对裂纹的起始点、形
态、扩展方向进行了分析。结果表明：这是一起无水氟化氢导致奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂。设备返
修时控制了壳程封头冷作硬化和焊接残余应力，从而避免类似应力腐蚀事故的发生。
关键词：无水氟化氢；奥氏体不锈钢；应力腐蚀
选取带保温支杆的封头样进行硬度检测，见图4, 可以发现封头硬度值偏大，应该存在残余应力。
图2封头表面检测 Fig.2 Surface inspection of the head
2事故调查
2.1封头材质化学成分检查 对封头取样进行化学成分分析，见表3,符合
GB/T 24511—2009的要求，属于奥氏体不锈钢。壳 程材质为S31608,封头尺寸为EHA700X6,直边 25 mm。壳程封头为冷压成形，没有进行热处理。封 头上有保温支撑件，位于封头切线上，材质为圆钢 0Crl7Nil2Mo2,规格 4 10 mm。
中图分类号：TQ 050.4； TH 49
文献标识码：A
文章编号：1009-3281 (2019) 03-0005-004
奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能、低温性 能、高温性能、焊接性能，在氧化性和还原性介质 中耐蚀性均较好，常用来制作耐腐蚀设备，广泛应 用于石油、化工、医药、食品、轻工等行业。奥氏 体不锈钢在许多介质中有耐均匀腐蚀的能力，但在 一些特定介质中，其应力腐蚀十分敏感，如氯离子、 氯化物和蒸汽、湿硫化氢、醋酸等。应力腐蚀是金 属在拉应力和腐蚀共同作用下(并有一定的温度条 件)所引起的开裂。当应力不存在时，应力腐蚀甚微； 当有应力后，即使应力很小，腐蚀并不严重，也可 能突然开裂，由于开裂是脆性的，一般没有明显预兆， 一旦发生，容器发生泄漏，将导致严重事故。因此， 奥氏体不锈钢的应力腐蚀是不锈钢应用中需要关注 的关键问题
化工安全与防腐案例分析
化工安全与防腐案例分析—真空制盐钛制换热器腐蚀失效实例分析班级：xxxxxx姓名：xx学号：xxxxxxxx真空制盐钛制换热器腐蚀失效实例分析一般认为在温度不太高的NaCl溶液中，钛的腐蚀速度非常低。
但是随着钛在制盐行业的大量使用，发生腐蚀失效事故也开始增多，引起各制盐企业的重视，钛腐蚀的原因大致可归为四类：缝隙腐蚀、氢损失、应力腐蚀、铁污染等，且受材质成分、设计制作、工况介质等具体情况影响，腐蚀原因往往较为复杂，多为一个主要因素诱导，几种辅助因素共同作用的结果。
以下分析国内发生的两起制盐钛制换热器腐蚀失效案例。
1.案例一首效换热管腐蚀失效分析：2004年四川某制盐厂30 万吨/年装置检修时，发现首效换热管发生较严重的腐蚀。
该加热室总共1454 根钛管，本次检修共发现158 根换热管有不同程度的腐蚀穿孔。
已拔出的部分换热管进行检查，发现孔损、破损、脆裂较严重，有的管子从1米左右高处自然落下即断成两半或破裂，断口晶粒粗大，破裂片用手可掰断，吸氢脆化现象明显。
该装置首效加热蒸汽约0.4MPa，原料卤水为天然卤水和岩卤的混合卤水，用石灰乳预处理卤水，进罐pH约为8。
该套装置首效加热室采用某种钛合金材料，Ⅱ～Ⅳ效采用TA2 工业纯钛换热管。
在检修只发现了首效换热管有腐蚀，其余各效换热管未见腐蚀现象。
1.1．化学成分分析因抽换出的换热管已明显脆化(可以从“从1米左右高处自然落下即断成两半或破裂”看出)，据此判断材料吸氢肯定比较严重，为此分别取3段腐蚀较明显的管样和1段外观形貌较好的管样分别分析气体含量。
分析结果见表1，从表中可以看出，腐蚀样中氢含量明显高于未发生腐蚀样品，据此可以判断是失效换热管可能失效的一种方式是氢损伤。
1.2．化学成分比较采用化学分析和电镜（JSM6460）扫描相结合的方式，对腐蚀样和非腐蚀样进行较全面的化学成分分析。
分析结果与工业纯钛和钛钼镍合金的成分对比表见表2，从表中们可以看出，腐蚀管样的Mo、Ni 含量很少，几乎可以认为未检出，而主要成分和工业纯钛（TA2）比较接近，合金元素与钛钼镍合金（TA10）差距较大。
不锈钢压力容器应力腐蚀开裂
不锈钢压力容器应力腐蚀开裂前言：目前，应力腐蚀裂纹已成为工业（特别是石油、焦化行业的压力容器）中越来越突出的问题。
据统计，压力容器设备中的焊接结构，破坏事故主要是由腐蚀而引起的脆化，如应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳及氢损伤或氢脆等，其中约半数为应力腐蚀裂纹。
但由于应力腐蚀裂纹多发生在压力容器工作后的一段时间，很多压力容器制造企业只注意出厂前的射线合格率，没有在腐蚀方面给与足够重视，造成泄露事故时有发生。
一、产品裂纹假设性分析2014年，公司一台主体材质S31603、厚度10脱苯塔，开车仅3个月后发生微泄露，经过公司间交涉，按相关法律法规，制定相关工艺对此设备进行修补，期间造成了很大的经济损失，事后高度重视此问题，通过查阅公司档案，整理相关资料，发现仅在2010-2013年间有3台焦化行业用压力容器出现此问题，图1为2014年塔器的现场裂纹外貌，图2为焊缝横截面高倍显微镜图。
图1 图2我公司这几台塔器主体材质为奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢焊接时比较容易，一般不会发生冷裂纹，主要存在焊接热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、焊接接头的脆化。
因为热裂纹主要发生在焊接过程中，塔器丁字接口100%射线，射线合格，所以首先排除焊接热裂纹，此几台塔器都为工作后接触介质产生的裂纹，所以提出以下假设理论：假设理论1：此裂纹是晶间腐蚀裂纹，那么贫铬理论及敏华温度将是主要影响因素。
此几台塔器主要材质是S30408、S31603，工作温度为350℃附近，奥氏体不锈钢的敏化温度区间为560-700℃，工作温度未达到敏华区间，这几台塔器有1台为S30408，其余为S31603，S31603为超低碳不锈钢，含碳量小于0.03%，可以有效的防止贫铬层的形成，所以结晶裂纹的可能性比较小。
假设理论2：此裂纹为接头脆化引起的裂纹，那么N元素将是造成脆化的一个主要因素，但几台塔器的焊接方法为埋弧自动焊，是低氮、低氢的焊接方法，一般不会造成脆化，虽然Cr、Mo等元素有明显的σ化作用，但在S31603、S30408中含量很低。
典型钢材失效分析案例详解
典型钢材失效分析案例详解案例一：端联器螺栓脆性断裂失效零件名称：端联器螺栓零件材料：中碳铬钼钢失效背景：在20余台重载履带车辆共6000多个端联器螺栓中有3个螺栓断裂，失效率为0.044%。
失效螺栓均是在使用初期断裂，见图1-1，螺栓断面形貌见图1-2。
图1-1的失效螺栓是一条新履带装车行驶1km后停车维护时，出现突然断裂。
螺栓头部一段从端联器中间的光孔中掉落，有螺纹的另一段残留在端联器上的螺纹孔中。
螺栓的服役条件在静止时受预紧静拉力，运动时受预紧静拉力加交变切向力。
图1-1断裂螺栓图1-2断裂螺栓的正面断口形貌失效部位：螺栓断裂部位位于垂直于轴向的螺纹中部。
失效特征：从图1-2螺栓断裂面看出，断口呈起伏状，无塑性变形，个别区域有面积大小不等的小平面，整个断面上无冶金缺陷。
断裂源只有一个，起始于断面外侧的螺纹根部应力集中处，断裂源宽约1mm，在半径2mm内的区域内较平坦，断裂源两侧10mm外的其余断面外圆处有1mm左右的拉边，断面主要由沿晶、冰糖状、大量的晶间微裂纹组成，整个断裂面上各个小平面之间没有显著的分界线，也没有疲劳断裂中的贝纹线，呈现出典型的无塑性脆性断裂形态。
综合分析：理化检测的化学成分、非金属夹杂物、晶粒度及热处理质量的结果表明，原材料、螺栓制造质量均满足技术要求。
螺栓的基体金相组织见图1-3，微观扫描断口形貌见图1-4。
图1-3断裂螺栓的金相组织200x图1-4断裂螺栓的扫描断口形貌查找生产作业，发现当初螺栓拧紧装配时，实际拧紧力矩远大于设计规定的力矩。
为对比分析，取9枚螺栓实物（8枚已使用无问题的螺栓，1枚未使用螺栓），进行强断拉伸试验。
螺栓拉伸试验断口的断裂源也同样位于一侧螺纹根部应力集中处，属于线断裂源，断口形貌平齐，见图1-5。
断口微观形貌见图1-6。
两种断口形貌对比见表1-1。
图1-5合格螺栓断口形貌（一） 图1-6合格螺栓断口形貌（二）表1-1两种断口形貌对比断口 失效件断口 无问题实物断口断口典型 形貌 断裂源附近的断面主要为沿晶断裂，呈冰糖 状，无明显塑性变形，还有少量韧窝。
机泵机械密封失效的分析与解决措施
为某种原因出现的偶然密封失效。
动静环机械磨损实例如图1所示，波纹管外侧结焦实例如图2所示。
图1 动静环机械磨损实例图2 波纹管外侧结焦实例2.1 腐蚀失效腐蚀失效一般有点腐蚀、面腐蚀、应力破坏腐蚀、电化学腐蚀等。
点腐蚀除妖出现在弹簧套，从而破坏弹簧结构。
面腐蚀主要是因为具有腐蚀介质的接触而出现表面的腐蚀，从而破坏密封作用。
应力腐蚀破坏主要应力与腐蚀共同作用下从而出现的弹簧破裂等破坏。
电化学腐蚀主要是因为不同种类金属引起的电化学反应导致的腐蚀。
0 引言机械密封因为具有良好的密封性能以及轴承磨损量小等优点，广泛用于冶金及石油化工泵设备上。
同时机械泵工况运作较为恶劣，存在高温高压以及介质特殊等特点，容易导致机械密封出现密封失效现象，进而导致设备停止工作的状况。
机械密封失效的原因以及失效的形式多种多样，对其仔细研究分析才能更好地提出科学有效的解决方法。
1 机械密封机械密封主要是由动静环、冷却装置以及压紧弹簧等构成，通过流体作用在轴上滑动端面流体压力，以及结构补偿上的弹力和其他的辅助密封装置共同作用下的密封结构。
机械密封核心的部件为动环和静环，动、静环结构必须具有足够的刚度与强度，以满足在恶劣工况条件下的温度、压力、流体的冲击。
同时还必须具有良好的耐热冲击力，即要求材料具有良好的导热系数及较小的膨胀系数，保证材料在热冲击时不出现开裂。
2 机械密封失效类型机械密封的失效形式种类较为繁多，主要的失效可以分为：(1)早期失效，主要是结构安装方式不正确以及机械密封结构设计不合理等造成；(2)磨损失效，主要因为设备长期使用过程中，因为材料的磨损或者疲劳老化等导致出现磨损失效，该种失效方式也是机械密封中主要的失效方式；(3)偶然失效，主要是因为泵在恶劣工况环境下运行时因机泵机械密封失效的分析与解决措施甘一凡(广东省中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)摘要：机械密封是一种通过旋转机械的轴密封结构，常用于离心泵、压缩机等设备中，是一种主要的轴密封形式。
高压装置应力腐蚀失效分析及防护
输送到高压循环气第一冷却器 Ｆ ０ ， Ａ ８Ｉ对高压循环 气体进行冷却降温。该换热器对运行环境的要求
比较苛刻 ， 换热气体 的进入温度高达 ３０ｏ 冷却 ０ Ｃ， 介 质 为 １０ｏ ６ Ｃ的饱 和 热水 。该 换 热器 的工 艺 参 数
见表 １
Ｅ４ ８ 位 于 高 压 装 置 反 应 器 尾 部 冷 却 水 热 ０Ｉ
表 １ Ｅ４ ８Ｉ的工 艺 参 数 －０
１ ２ Ｅ４ ８Ｉ换热 管历 年失效 案例 ． －０ 近 几年 该换 热器 换热 管失 效 的案例 见表 ２ 。
表 ２ Ｅ４ ８Ｉ换热管失效泄漏记录 －０
２ 应 力腐蚀 失效 分析
为 了从根 本 上 了解 换热 管失 效原 因 ， 对该 换 热 管进 行腐 蚀失 效 分 析 。由 于折 流 板 位 置 入 口管 子 减薄 严重 ， 点 均在 此 产 生 ， 此 次 检 测 截 取 了较 漏 故 具腐 蚀代 表性 的人 口附近 的管子 。
失 效 分 析 与 寿 命 评 估
石ｒｉ＆ｒ工ｎ ｔｈ ｉ 护 Ｃ ｏ 化 ｔｉ腐ｅｃｍａｎｓ ｏｓ Ｐ ｅｏｉ 蚀 ｅ 防ｕｙ 油 ｏｃ Ｐｒ ｃＩ ｔ ｒｏ ｎ ｔ ｎ ｏ ｌｄ ｒ 与
２ １ １ ， ２ ０ ８ （ ４ ） ・ ６ １ ・
高压 装 置 应 力腐 蚀 失效 分 析 及 防 护
征 ， 是 点蚀 部 位 附 近 存 在 裂 纹 区 （ 微 裂 纹 ） 一 或 呈现 海滩 状 分 布 或 贝壳 状 分 布 ， 即存 在 一个 源 裂 纹， 以此 为 中心 呈 散射 状 ； 是 裂 纹 区形 貌 类 似 树 二 枝状 ， 别 呈 “ ”字 分 布 ， 是 典 型 的 应 腐 蚀 个 米 这
２ ｅ角／ １ ｆ 。
失效分析案例讲解
原始资料收集及失效件初步检查
枪管加工工艺 枪管材料：30CrNi2WVA 军工钢(GJB) 长：111 mm 内径：9mm 壁厚：115 mm (内壁镀铬,有6条膛线) 原材料由φ42 mm的棒材通过锻造改拔成φ28 mm 的棒材,然后经以下工艺流程制成枪管成品: 下料→调质→深孔钻→电解抛光→挤丝→去应力→ 机加工→热处理→校直→机加工→酸洗(去除氧化膜) → 镀铬→打高压弹→磁粉探伤→检验→入成品库
失效机理分析及模拟验证 模拟验证试验
取20根与断裂枪管同状态的枪管进行校直模拟试验,对 枪管施加约1 t的压力使其变形,然后进行校直(以上工艺与 实际校直工序相同),校直后进行磁粉探伤,没有发现裂纹,因 此断裂不是由于校直裂纹扩展引起的。 探伤后,所有样品放在酸洗液(去除氧化膜酸溶液)中浸 30 min,取出后清洗并放置24 h,然后再次进行探伤, 5根枪 管出现了裂纹,长度在0.5-1cm之间,裂纹源在校直压点截面 的两侧,两侧均有裂纹产生。 对裂纹枪管进行高压试验,枪管马上断裂,其断口的宏观、 微观形貌与失效件基本一致,说明裂纹是由应力腐蚀引起的。
断口分析 断口宏观分析
宏观断口观察发现裂纹源在枪管内表面阴、阳线的交 界线上,裂纹扩展部分有明显的放射条纹,裂纹以裂源为中 心呈弧形向外扩展,最终断裂部位有明显的剪切唇。 用显微镜观察裂纹,发现裂纹源部分有约0.02 mm深 的渗铬层(图5白色部位),明显大于整体渗铬层深度(0.01 mm),说明枪管在内膛镀铬前已经产生了裂纹。
失效件初步检查
断裂枪管的裂纹都出现在管中部(图1),即进行校直时 的压点处。裂纹源在枪管内壁阴线与阳线的交界线上,成曲 线向外扩展,裂纹长度在410cm左右。根据断口的宏观形貌 (图2),可发现断口为脆性断口,裂源区、扩展区和瞬断区分 明。
课件腐蚀案例个人整理版(仅供参考)
应力腐蚀实例:实例1：北方一条公路下蒸气冷凝回流管原用碳钢制造，由于冷凝液的腐蚀发生破坏，便用304型不锈钢（0Cr18Ni9）管更换。
使用不到两年出现泄漏，检查管道外表面发生穿晶型应力腐蚀破裂。
答：在北方冬季公路上撒盐作防冻剂，盐渗入土壤使公路两侧的土壤中氯化钠的含量大大提高，而选材者却不了解没有对土壤腐蚀做过分析。
就决定更换不锈钢管。
将奥氏体不锈钢用在这种含有很多氯化钠的潮湿土壤中，不锈钢肯定表现不佳，也需还不如碳钢呢。
防护措施：实例2：某化工厂生产氯化钾的车间，一台SS-800型三足式离心机转鼓突然发生断裂，转鼓材质为1Cr18Ni9Ti。
经鉴定为应力腐蚀破裂。
（P224）答：在氯化钾生产中选用1cr18Ni9Ti 这种奥氏体不锈钢转鼓是不当的。
氯化钾溶液是通过离心机转鼓过滤的。
氯化钾浓度为28°Bé，氯离子含量远远超过了发生应力腐蚀破裂所需的临界氯离子的浓度，溶液pH 值在中性范围内。
加之设备间断运行，溶液与空气的氧气能充分接触，这就是奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境。
保护措施：停用期间使之完全浸与水中，与空气隔离；定期冲洗去掉表面氯化物等，尽量减轻发生应力破裂的环境条件，以延长使用寿命，不过，发生这种转鼓断裂飞出的恶性事故可能有一定的偶然性，但这种普通的奥氏体不锈钢用于这种高浓度氯化物环境，即使不发生这种恶性事故，其寿命也不长，因为除应力腐蚀还有，孔蚀，缝隙腐蚀等。
实例3：CO2压缩机一段、二段和三段中间冷却器为304L（00Cr19Ni10）型不锈钢制造。
投产一年多相继发生泄漏。
经检查，裂纹主要发生在高温端水侧管子与管板结合部位。
所用冷却水含氯化物0.002%~0.004%。
（P225）答：这里考虑奥氏体不锈钢的氯化物溶液中的scc，冷却水中氯化物含量控制很低，但仍然发生了scc 破坏。
设备为热交换器，结构为管壳式。
工艺介质走管程，水走壳程，进行热交换。
石油化工应力腐蚀与案例
催化裂化装置再生器、三旋环焊缝共发现裂纹400条，部分为穿透性裂纹。 重油催化裂化装置再生器稀相段8条环焊缝都发现了穿透性裂纹，共计 500多条，最长达5800mm，三旋筒体环焊缝发现穿透性裂纹120条。
二、催化再生系统设备开裂事故分析
• 此类问题在国内大范围出现，引起中石化和中油 的重视。 • 中石化组织首先北京设计院、石科院、钢铁总院 及洛阳设备所等单位对设备开裂原因和防护对策 进行了研究。 • 北京三聚公司、锦西石化分公司及北京科技大学 等单位也在中石油立项从工艺角度来解决这个问 题
10μm
304不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的解理断口
35μm
不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的准解理断口
35μm
300不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的准解理断口
10μm
300不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的沿晶断口
20μm
0Cr13马氏体不锈钢（二次回火）带腐蚀产物（圆圈标识区域） 和二次裂纹 （箭头指示区域）的断口表面
低碳钢 高强钢 奥氏体不锈钢钢 铝和铝合金 铜和铜合金 钛和钛合金 镁和镁合金 镍和镍合金 锆合金
304不锈钢破裂时间和电位及应力的关系 （144℃MgCl2溶液）
• 应力腐蚀断裂的特点是几乎完全没有金属 宏观体积上的塑性变形，在无裂纹、无蚀 坑或无缺陷的情况下，应力腐蚀断裂过程 可分为三个阶段：首先是孕育阶段，即由 于腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段；其次为裂 纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑到达极限 应力值(单位面积所能承受最大载荷)为止的 这一阶段；最后是失稳断裂阶段。
三、催化再生系统设备开裂原因分析
1、敏感材料 我国炼油厂使用的材料多数为碳钢、低合 金钢，据有关文献记载，这种材料对硝酸 盐敏感。
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应力腐蚀开裂机理及防护v1.2.
H
L
H
H
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L
M
M
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பைடு நூலகம்
M
H
NO
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L
L
L
L
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NO
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3、选材及防护 消除应力、选纯净钢 4、案例 装置：有硫化物和水存在的装置； 某炼油厂催化裂化装置稳定汽油部分换热 器的壳程（材质为16Mｎ）发现开裂，进行 化学分析、微观组织观察、硬度测试及断口分 析，测试分析结果表明：在断口沉积物中的硫 含量高，母材和焊缝的化学成分正常，裂缝起 源于壳体的焊缝区，开裂是硫化物应力腐蚀开 裂造成的。
HIC/SOHIC环境严重性
③ pH影响 pH↓→SCC↑ ④ 应力影响
⑤ 晶体结构的影响 铁素体钢较奥氏体不锈钢不易SCC，从而一 些对稳定铁素体组织有利的元素（Cr、W、 Mo、V、Al等）对抑制SCC有利
氯应力腐蚀裂纹敏感性CLSCC PH≤10
CL- PPM 温度
0C
1-10 L M M
11-100 M M H
101-1000 M H H
七、硫化氢环境下的氢致开裂/应力取向氢致开裂
1、机理
氢致应力开裂（HIC）定义为金属内部或表面的氢鼓包（HB） 相互连接而形成的内部开裂，形成HIC不需要有外部应力，开 裂是由氢鼓包形成的压力造成。阴极反应生成的氢原子聚集钢 表面，由于HS-的作用加速向钢中渗透，在钢材的缺陷（气孔 等）处结合形成氢分子，体积鼓胀，形成鼓包。鼓包连续就引 起金属内部分层或裂纹。反应过程如下：
二、硫化物应力开裂Sulfide Stress Cracking
1、机理： 金属在拉应力及硫化氢及水的综合作用 下出现的开裂。开裂的部位通常是高强钢 的焊接熔合区或低合金钢的强热影响区。 腐蚀的产生主要因为硫化氢产生的氢原子 渗透到钢的内部，溶解于晶格中导致材料 脆化所致。
压力容器培训讲义 之 压力管道失效分析及事故案例 1
1、由材料脆性引起脆断的断口特征 (1)断口的宏观特征 ①断口平齐，断口和最大主应力方向相垂直， 断口边缘不会出现剪切唇，断口上不会留下记 录断裂方向的人字形或放射形纹路。 ②断口上呈现金属闪光 (2)断口的显微特征 ①解理断裂，沿晶体某一结晶学平面的断裂 称为解理断裂。面心立方结构的晶体(如奥氏 体不锈钢)在任何温度下（包括深度冷冻的温 度下）也不会发生解理型的脆断。
• (1)防止超载
• (2)防止壁厚减薄
脆性破坏（一）
• 脆性破坏主要是指设备在没有发生宏观的 塑性变形时就发生断裂或爆炸。破坏时管 壁的应力尚未达到材料的强度极限，有时 甚至未达到屈服极限。 • 基本原因
一是由于材料的脆性转变而引起的脆断； 二是由于构件出现了严重的缺陷(如裂纹)导致发 生低应力水平下的脆断，这称为低应力脆断。
疲劳破坏（四）
• 疲劳断口的显微特征
疲劳断口的萌生区和 疲劳扩展区，在电镜 中放大至千倍(以致上 万倍)时可以观察到的 主要特征是“海滩状” 的“疲劳辉纹”。
疲劳断口的显微特征
在电镜中放大至千倍(以致上万倍)时可以观察 到的主要特征是“海滩状”的“疲劳辉纹”。不 是所有金属材料的电子显微疲劳断口都有清晰整 齐的海滩状辉纹。一般是铝合金和镍合金的疲劳 辉纹十分清晰整齐；奥氏体不锈钢疲劳断口的疲 劳辉纹也较清晰；而低合金钢，特别是强度较高 的低合金钢这类铁素体和珠光体类钢的辉纹往往 很不清晰。需要说明的是，宏观上观察到断口上 的“贝壳纹”不是电镜中的海滩状的疲劳辉纹， 但两者有密切联系。只有在变载荷时才会形成宏 观上的贝壳纹。
1、一般预防原则 降低应力水平和减小应力集中。 减小构件的应力集中，涉及结构设计、加 工制造和原材料的冶金或轧制质量诸多方面。 2、压力容器低周疲劳失效的预防措施 (1) 选用合适的抗疲劳材料 (2)尽量降低结构的应力集中程度 要保证有较大的过渡圆角。 一般不应将关 键的焊缝设计成角焊缝，应改为对接焊缝
零件失效分析作业不锈钢管点蚀
304不锈钢管的点蚀失效案例分析窦建城一、案例介绍本案例讨论的是某食品机械公司的一套管壳式冷凝器，其中空心冷却管材质均为304不锈钢。
使用一段时间后，发现有多根冷却管在焊缝处或者管材本身发生点蚀现象，点蚀孔穿透管材本身，孔的形状为不规则圆形，半径≤3mm。
冷却管中所通的冷却液为无色透明状，管材外壁光亮如新，但是管材内壁有大量浅黄色沉积物。
经现场用硝酸银溶液（AgNO3）对工作时流经管内的冷却液进行滴定，明显产生大量的白色AgCl沉淀，由此可以证明工作环境中氯离子的存在。
为了证明CL-离子对304不锈钢的腐蚀作用进行了一系列的实验。
二、304不锈钢介绍304不锈钢（是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。
耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650℃。
304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。
对氧化性酸，在实验中得出：浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。
对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。
三、宏观形貌对该304不锈钢管腐蚀样品进行宏观检查，样品表面光亮，直径φ15mm的空心圆柱，但在管材中部以及侧断面有明显的点蚀现象，点蚀孔穿透管材本身，孔的形状为不规则圆形，半径≤3mm。
图1 304不锈钢管外观形貌四、金相与X射线荧光能谱仪分析1.金相分析将该样品切割为20mm的长度的试样，并将圆柱表面压平，方便进行金相显微镜观察，首先借助砂纸除去试样表面的杂物，再使用金相砂纸对试样逐级抛光，用无水乙醇对抛光表面清洗，烘干后，用王水腐蚀。
最后用金相显微镜观察样品点蚀孔处的显微组织，并通过对304不锈钢的金相分析，来研究是否也存在应力腐蚀裂纹。
图2为试样表面所拍金相照片，可以明显的看到试样表面存在多个黑色点蚀孔。
图2 试样表面金相照片2.X射线荧光能谱仪分析X射线荧光能谱仪。
是对被测试样中所含元素进行定性定量分析最为准确的仪器之一。
应力腐蚀裂纹的典型案例分析
应力腐蚀裂纹的典型案例分析摘要：应力腐蚀裂纹一般都很细小，而且多数出现在容器或管道的内表面，因此不易被检查发现。
应力腐蚀裂纹可导致不锈钢构件在低于设计应力，没有明显的宏观变形和不出现任何征兆的情况下突然迅速破裂，造成巨大的危害，因此掌握应力腐蚀裂纹的成因及如何避免产生应力腐蚀裂纹就尤为重要。
关键词：杀菌锅；应力腐蚀；裂纹杀菌锅是食品､医药杀菌的关键设备，传统杀菌锅通常采用卧式，需要借助灭菌篮装卸物料，生产效率低；为提高生产效率，在先进的自动化生产线上可以同时使用多个立式杀菌锅，不再需杀菌篮，可通过自动控制实现自动杀菌，大大提高了生产效率。
但该杀菌锅在使用中承受温度、压力、物料等的循环载荷作用，其疲劳强度成为考验设备的关键问题。
一、概述(一)概述杀菌锅是一种密闭的､加压的加热容器，对食品及菌种等进行杀菌｡因其具有受热面积大，热效率高､加热均匀､液料沸腾时间短､加热温度容易控制等特点，被广泛应用于食品､医药等各个领域｡(二)杀菌锅杀菌流程根据实际生产流程，立式杀菌锅杀菌流程可分为5个阶段｡1.进料:杀菌锅内注入常温缓冲水，物料从进料口进入，逐渐装满锅体.2.升温加压:高温蒸汽进入锅体，锅内温度升至128℃，压力升至0.16MPa｡3.杀菌:锅内蒸汽温度保持128℃，对物料进行高温杀菌｡4.冷却:杀菌结束后，锅内蒸汽逐步排出减压并充入常温水给罐体降温｡5.出料:初步冷却完毕，物料从底部出料口排出，经出料装置至下一生产工序.整个流程中有两个典型的受力阶段:杀菌时，锅体承受最大温度载荷128℃和压力载荷0.16MPa；一个杀菌周期有3种循环载荷:①水压循环载荷，缓冲水注出导致的水压变化，最大水压值；②进出料循环载荷，待杀菌物料进出的物料压力；③进出蒸汽与升降温循环载荷｡采用Workbench基于静力学理论､瞬态传热和热—结构耦合等分析立式杀菌锅两个典型阶段的力学特性｡二、使用情况介绍杀菌锅基本参数该杀菌锅为内蒙古XX生物科技有限公司使用，通过高温蒸汽加热，对微生物菌种和NaCL盐水进行灭菌，在进行宏观检验时发现容器内部不锈钢金属表面已失去金属光泽（图一），经过打磨后对接管角焊缝及纵环焊缝进行渗透检测，在压力测试口接管角焊缝周围和疏水口接管角焊缝周围发现大量细微裂纹存在，裂纹形态多呈树枝状（图二、图三），经与使用单位人员沟通得知，在对NaCL盐水进行杀菌时，将NaCL盐水装在玻璃试管内，用橡胶塞堵住试管口进行杀菌操作，在杀菌的过程中，玻璃试管在加压加热的作用下，将橡胶塞弹出，部分NaCL盐水喷射到容器内壁上，从而产生腐蚀裂纹。
应力腐蚀的原因分析
化工化学的常压容器应力腐蚀相关论文查看参考论文列表我们都知道，对于受内压容器，防止应力腐蚀最常用的方法为焊后进行整体热处理，对不同强度级别的材料相应控制其热处理后硬度。
对于严重应力腐蚀环境下，同时进行材料无损检测，控制材料中杂质尤其是S 、P 含量、改善操作工况等方法，能很好地满足安全使用要求。
然而，对于常压容器，我们应该如何考虑其应力腐蚀问题？首先，常压容器能不能发生应力腐蚀，这是我们经常容易忽视的问题；再者，即使发生应力腐蚀，其应力腐蚀裂纹能不能扩展直至导致设备发生破裂失效，本文将围绕这两个问题进行讨论。
应力腐蚀广泛存在于石油化工行业中，其对生产设备的破坏为最危险的破坏之一，往往表面没有严重全面腐蚀就产生开裂。
据国外报道，目前国外因设备腐蚀造成的生产事故约占全部事故的1/3以上，其中高温腐蚀破坏事故竟高达78%，主要是因为应力腐蚀断裂和氢脆而引起的，仅应力腐蚀断裂就占腐蚀事故的35%。
首先，容器发生应力腐蚀断裂主要有三大因素，1.一定的拉应力的存在（近年有些作者认为压应力在一定条件下也会发生应力腐蚀破裂），2.金属本身对应力腐蚀的敏感性，3.能引起金属发生应力腐蚀的介质。
除此之外，还有一些其它因素。
对于受内压容器，设备壳体受到拉应力，因此，要减小和控制其应力腐蚀，必须控制容器的工作应力和残余拉应力等；对于受外压容器，容器的应力就要考虑外压引起的应力与残余拉应力组合后的应力状态。
压力容器的应力腐蚀破裂产生的可能性，我们都有比较一致的看法。
下面作者通过一些理论及分析阐明常压容器的应力腐蚀破裂的可能性。
对于常压容器，操作压力为常压，因此这一项不产生拉应力。
但是，我们知道，能引起拉应力的还有冷作加工、焊接、容器本身结构及设备及本身零部件安装等，这些均称作残余应力，这些都是不可忽视的因素，很多情况下往往成为决定性的因素。
日本对不锈钢设备中零部件发生的应力腐蚀破裂的调查结果表明：残余应力引起的应力腐蚀破裂占到81%。
紧固件典型失效形式（氢脆、应力腐蚀、疲劳）及案例解析
紧固件典型失效形式（氢脆、应力腐蚀、疲劳）及案例解析氢致延迟断裂由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效称为氢致延迟断裂，俗称氢脆。
根据氢的来源可分为内部氢脆和环境氢脆。
氢脆断裂宏观特征•断裂多发生在螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处；•断口附近无宏观塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，色泽为亮灰色，断面干净，无腐蚀产物；•氢脆断口上一般可见放射棱线；•氢脆断裂源可在表面，也可在次表层，这主要与拉伸应力水平、加载速率及缺口半径、氢浓度的分布等因素有关。
氢脆断裂微观特征•氢脆断口微观形貌受到诸多因素的影响：材料种类、材料成分、强度级别、组织形态、晶粒大小、加工方式、使用环境、受力条件、工作时间及氢含量等；•氢脆裂纹一般无分叉；•断口微观形貌一般显示沿晶分离，也可能是穿晶的；•高强钢沿晶面平坦，没有附着物，有时可见白亮的、不规则的细亮条，这种线条是晶界最后断裂位置的反映，并存在大量的鸡爪形的撕裂棱；•氢脆断裂微观形貌在断口的不同区域呈现过渡变化特征与裂纹的应力强度因子K有关；•裂纹开裂早期，K值较低，断口呈晶间断裂。
裂纹再向前扩展，在中等K值下，断口微观形貌呈现为解理开裂特征，并逐渐向准解理与韧窝形貌转变；在K值很大时，断口一般呈现穿晶+韧窝或韧窝形貌。
沿晶→解理、准解理→韧窝氢脆断裂的判据•紧固件是否是延迟断裂；•紧固件工作应力主要是拉应力，没有使用的紧固件一般是受到较大的残余应力作用所致；•氢脆断裂的临界应力极限σH随着材料强度的升高而急剧下降；一般钢硬度低于22HRC时不发生氢脆断裂而产生鼓泡；•起裂区微观呈沿晶形貌，晶面可见鸡爪状撕裂棱和晶间二次裂纹；•氢含量并非为发生氢脆的唯一判决，受多种因素共同影响，对于高强度紧固件，甚至氢含量在低于1ppm的情况下也会发生延迟断裂。
案例解析1：某规格12.9级高强度螺栓发生氢脆断裂，断裂位于头杆连接过渡部位。
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析本文旨在介绍零件的脆性断裂失效分析的重要性和目的。
脆性断裂是指在零件受到一定载荷作用下，没有发生明显的塑性变形，而导致突然断裂的现象。
这种失效模式对于工程结构的安全性和可靠性具有重要的影响。
脆性断裂的失效分析是一项关键的任务，旨在确定零件破坏的原因和机制，以及采取相应的措施来预防和控制脆性断裂的发生。
在分析中，我们还会涉及到与脆性断裂相关的其他失效现象，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。
通过对零件脆性断裂失效的深入分析，我们可以更好地了解材料的性能和强度，确定适当的设计和加工参数，以及制定合理的维护和检修计划。
这对于提高工程结构的可靠性，延长零件的使用寿命以及降低维护成本具有重要意义。
本文将通过对脆性断裂失效分析的相关知识进行详细解释和说明，为读者提供系统的理论基础和实践指导，以便能够有效地进行脆性断裂的失效分析工作。
解释脆性断裂是指在应力作用下，当零件发生断裂时没有明显的塑性变形。
详细讨论导致脆性断裂的各种原因，包括疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等。
脆性断裂是指材料在受力作用下发生的突然断裂，常常发生在零件长时间受重复负载或特定环境下受力情况下。
脆性断裂的原因多种多样，下面将对其中的疲劳、应力腐蚀和氢脆断裂进行详细讨论。
疲劳断裂：疲劳断裂是由于零件在长时间受到变化的载荷作用下产生的。
当重复载荷作用于零件时，如果应力超过了材料的疲劳极限，就会发生疲劳断裂。
疲劳断裂是零件的高频失效模式，常见于机械装置和结构中。
应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指在特定环境中，材料受到应力和腐蚀介质共同作用时突然断裂。
应力腐蚀断裂的发生是由于腐蚀介质在零件表面引起局部腐蚀，而应力则产生了裂纹的扩展。
应力腐蚀断裂是一个复杂的断裂形式，常见于化工设备和海洋装备等领域。
氢脆断裂：氢脆断裂是由于材料在存在氢的环境中发生的断裂。
氢脆断裂的主要机制是氢的扩散和积聚在材料中，导致材料的力学性能降低，从而引起断裂。