2015失效分析-案例分析.

压力容器失效分析————案例分析主讲：姜勇电话：[phone]邮箱：[e-mail]20G，管内为温度320℃+11.3MPa锅水，已服役25年，期间无更换。第一张更真实记录了管壁的颜色案例1水冷壁管爆管取了爆管位置、距离爆管上下各两米外的管段，紧挨着爆管旁边的管段共计4根管子。为何这样选取？元素CSiMnPS测定值0.1820.2250.560.0310.01220G标准值0.17~0.240.17~0.370.35~0.65≤0.035≤0.035炉管化学成分（wt%）材质分析分析断口宏观特征：宏观特征：有明显塑性变形，呈喇叭口状宏观特征：爆管前内外表面均发生较严重氧化，氧化层在爆管变形过程中开裂。说明该位置发生局部短时间超温。断口微观组织比较：爆口外壁组织（500X）离开爆口20cm处迎风面处组织（200X）约0.1mm的脱碳层第21根管上段迎风面处组织（200X）相邻管段迎风面处组织（200X）第21根水冷壁管爆开位置附近屈服强度σs（MPa）抗拉强度σb（MPa）断后伸长率δ（%）测试值平均值测试值平均值测试值平均值迎风面36735452751128.428.334149528.2背风面29829446146528.929.428946929.9参考值≥245412~549≥24水冷壁管爆开位置附近常温机械性能第21根管中段（爆管段）抗拉强度σb（MPa）断后伸长率δ（%）测试值平均值测试值平均值320℃测量值迎风面53552521.222.751624.1背风面44044325.723.544621.3350℃参考值（参考值）47437水冷壁管爆开位置附近320℃机械性能结论爆裂为短时超温所致，超温范围仅局限于爆裂处。可能原因：1由于管段两端或者一端或者管中某段被外来物堵塞，导致管内介质流动不畅甚至完全堵死后介质静止。堵管的外来物可能是安装时混入的块状或者片状杂物，可能是长期运行管内壁腐蚀后沉积下来的腐蚀产物；2管子内壁附着物（如氧化皮、垢层）较厚，导致传热受阻；3管内汽液分相，由于汽相导热较差导致与汽相侧的管壁过热。2205双相不锈钢汽相管线使用四年后发生泄漏。温度140-145℃，介质为醋酸蒸汽+PTA粉，含有Br-等案例2双相钢汽相管线泄露材质分析元素CSiMnPSCrNiMoN1#0.0240.4071.490.0280.004623.305.423.270.1573#0.0260.4401.490.0250.005023.285.663.280.1492205标准值≤0.03≤1.0≤2.0≤0.03≤0.0221-234.5-6.52.5-3.50.08-0.2成分分析结果列于表1。结果表明，成分合格。表1双相钢管化学成分（wt%）冲刷表面及微观组织比较：铁素体被腐蚀掉后留下的空洞冲刷方向ElementWt%SiK00.77MoL04.47CrK24.20MnK01.28FeK64.49NiK04.78ElementWt%SiK00.98MoL04.37CrK23.57MnK01.38FeK64.31NiK05.38被腐蚀的铁素体成分未腐蚀的奥氏体成分结论有研究显示，温度均对2205双相不锈钢的腐蚀速率有非常大的影响。温度超过90℃以后，不但2205而且腐蚀性能更好的2507超级双相不锈钢的腐蚀速率也会随温度升高而急剧增大。双相不锈钢在80%醋酸和1%硫酸混合溶液中腐蚀速率与温度关系图：（◇）SAF2205（□）SAF2507结论：冲刷腐蚀所致；干燥机加料器转子中心管在运行5年后发生断裂。干燥机加料器功率15KW，转速57rpm，输送量45-48t/h，工作温度100℃，材质相当于304不锈钢。转子工作时处于水平位置。案例3干燥机加料器转子中心管断裂启裂位置启裂位置疲劳启裂位置，有明显腐蚀特征疲劳辉纹ElementWt%O2.98Br1.03Si0.54Cl0.09Ca0.31Ti0.57Cr18.12Mn1.24Fe67.20Ni7.92结论腐蚀性介质+交变载荷作用，产生腐蚀疲劳裂纹，扩展，直至断裂案例4搅拌轴联接的钛合金螺柱左侧的5个严重变形，且有挤压痕迹，而右侧的5个则几乎没有变形。选取变形最大的7#和变形最小的2#孔对应的螺栓进行研究疲劳辉纹7#螺柱2#螺柱疲劳扩展区螺柱编号b/MPa0.2/MPa/%AkV/（J∙cm-2）3#39837530.31134#48037534.1925#52538029.21067#42532033.8148GB/T2965—1996≥440≥320≥18≥49表1螺柱的力学性能5个螺柱的力学性能差别较大，其中3#螺柱的强度甚至低于标准值。强度偏低将直接影响它的抗疲劳性能。组织分析等轴的α相，晶界有少量的颗粒状的β相分布结论疲劳断裂，启裂位置在螺纹的根部；螺栓性能不稳定，断裂有先后；案例5锅炉水冷壁下联箱定排管泄漏原材质为20G，后升级为304SS（Ф28×4mm），但使用不足4年，在下联箱管座焊缝下部约15mm处发生开裂泄漏，裂纹为横向发展，长约20mm。定排管使用温度在100-150℃，外部为锅炉水，水质报告显示，含有75.0mg/L氯离子疲劳辉纹元素CSiMnSPCrNi检测值0.0350.881.170.00620.03918.268.92304SS≤0.08≤1.00≤2.00≤0.03≤0.04518～20.008～10.50表1管子成分（wt%）材质合格疲劳辉纹启于外壁的应力腐蚀开裂裂纹及裂纹尖端特征断口上的准解理特征及二次裂纹表2断口腐蚀产物EDS分析腐蚀产物含较多氯、硫元素元素ClSOCaPAlSi含量(%)1.530.896.601.581.021.372.21应力来源分析结论安装应力和Cl离子诱导的应力腐蚀开裂。由于介质中含有较多的Clˉ，且温度较高，因此在该位置将20G升级为304SS不锈钢并不合理。由于该炉每年均有大修，因此建议仍然采用原设计的20G管，同时通过增加管壁厚度延长服役时间。大修时检查管子减薄情况决定是否更换。或者选用更耐应力腐蚀开裂的双相钢，如2205。案例6高压消防气瓶爆炸541消防气（50%N2+42%Ar+8%CO2），三年前充灌气体后就与其余数十个钢瓶存放于消防车间备用。钢瓶直径267mm，壁厚6.3mm，总高1400mm，总重78.7Kg，水容积70.3L。原设计工作压力15MPa，实际工作压力16.3MPa，水压试验压力22.5MPa，气密试验压力15MPa。钢瓶材质为37Mn，热处理工艺为淬火+回火。疲劳辉纹ElementsTestvalue％Standardvalue％C0.360.33-0.40Si0.200.17-0.37Mn1.601.35-1.7S0.0075≤0.035P0.010≤0.035S＋P0.0175≤0.060表1气瓶成分（wt%）材质合格疲劳辉纹（C）启于腐蚀凹坑底部的裂纹(A)4mm长度的内壁启裂裂纹起始段(B)4mm长度的内壁启裂裂纹裂尖断口上放射纹路及腐蚀产物ⅠInternalsurface上部断口表现为韧窝特征断口腐蚀产物的X衍射图主要为FeCO3腐蚀原因分析及结论腐蚀只可能是因为含有水，CO2溶于水形成碳酸，造成腐蚀。根据ISO14520.15:2005Gaseousfire-extinguishingsystems–Part15IG-541的规定，水含量不能超过5.8ppm,实际测量结果显示，含量达到80ppm，严重超标。案例6波纹管失效304材质，一端与管板焊接，另一端与换热管外壁焊接，起到膨胀节的作用。管内介质为600℃的炭黑烟气，管外为80℃的空气，使用一个月即发生开裂。疲劳辉纹表1成分（wt%）Ni含量略低，材质基本合格元素CSiMnPSNiCr测量0.0540.3661.230.0380.00517.3719.30304标准值≤0.08≤1.0≤2.0≤0.045≤0.0308.0-10.518-20304L标准值≤0.030≤1.00≤2.00≤0.035≤0.0308～1218～20腐蚀原因分析及结论：硫酸露点腐蚀及由此引起的应力腐蚀开裂。1硫酸的来源：燃料中的硫或者硫化物燃烧后生成二氧化硫,进一步氧化生成三氧化硫。含有一定量SO3和H2O蒸汽的高温烟气通过波纹管管口处的密封（并非完全密封）结构进入波纹管与内管的夹层后，烟气温度急剧下降，当降到400℃以下时，三氧化硫会与烟气中的水蒸汽反应，生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽在150℃左右就会发生的凝结（根据硫酸浓度和过剩空气不同，露点温度会在一定范围波动），根据送检的波纹管内管中介质为含一定水份（约10%）的600℃烟气，管外为80℃的冷空气，则距离高温内管最远处的“波峰”处具备结露的温度条件。2应力的来源: