第九章壓力容器事故

第九章壓力容器事故分析一、失效分析的相關(guān)概念失效：

GB3187-82中定義，產(chǎn)品喪失其規(guī)定功能現(xiàn)象稱為失效。失效分析：判斷失效模式、查找失效的原因和機理，提出防止類似事故再次發(fā)生的技術(shù)活動和管理活動。石油化工企業(yè)常見的失效現(xiàn)象有：爆炸、著火、泄露、結(jié)構(gòu)大變形、振動加劇以及在檢測中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重腐蝕、嚴(yán)重沖刷磨損、材質(zhì)劣化、大量活動性裂紋等等。

第四節(jié)壓力容器失效分析的目的、意義和要求九江石化合成氨裝置氣化爐出口管道爆炸化學(xué)爆炸大變形45度剪切唇高速形變馬氏體沈陽市某酒廠的５噸酒罐大變形失效壁厚較薄以及支撐不合理導(dǎo)致失穩(wěn)燕山石化化學(xué)品事業(yè)部粗苯酚再沸器振動破壞

殼程筒體與管板間焊縫附近裂紋殼程筒體與管板間焊縫橫截面結(jié)構(gòu)不合理和介質(zhì)沖擊導(dǎo)致疲勞，管板鍛件晶粒度超過1級使疲勞加劇中?；瘜W(xué)天野分公司C爐水冷壁爐管材質(zhì)劣化管內(nèi)跑酸導(dǎo)致氫腐蝕，其表現(xiàn)為脫碳和開裂中?；瘜W(xué)合成氨裝置103-JT轉(zhuǎn)子葉片振動破壞設(shè)計的安全系數(shù)偏小和榫齒與轉(zhuǎn)子間的配合偏差導(dǎo)致疲勞中?；瘜W(xué)合成氨裝置103-JT轉(zhuǎn)子葉片振動破壞斷裂后的葉片斷裂后的葉根北京東方化工廠裂解爐爐管大量活動性裂紋外表面內(nèi)表面端面露點工況下的氯離子應(yīng)力腐蝕北京東方化工廠裂解爐爐管大量活動性裂紋高倍下顯示為穿晶裂紋低倍下顯示為樹枝狀裂紋

1、失效分析可以減少和預(yù)防機械產(chǎn)品同類失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生，從而減少經(jīng)濟(jì)損失和提高機械產(chǎn)品質(zhì)量。

二、失效分析的目的、意義

2、失效是產(chǎn)品質(zhì)量控制網(wǎng)發(fā)生偏差的反映，失效分析是可靠性工程的重要基礎(chǔ)技術(shù)工作，是機械產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

二、失效分析的目的、意義

3、失效分析可為裁決事故責(zé)任、偵破犯罪案件、開展技術(shù)保險業(yè)務(wù)、修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面提供可靠科學(xué)技術(shù)依據(jù)

二、失效分析的目的、意義

4、失效分析可為技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步提供信息、方向、途徑和方法

5、失效分析可為各級領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行宏觀經(jīng)濟(jì)和技術(shù)決策提供重要的科學(xué)的信息來源。

二、失效分析的目的、意義失效分析是從現(xiàn)在入手著眼于未來的科學(xué)，是從失敗入手著眼于成功的科學(xué)。三、失效分析的特點失敗成功人類的進(jìn)化和發(fā)展

知識的探索和創(chuàng)新

失效是成功之母失效分析是一個十分復(fù)雜的過程，特別是一個大系統(tǒng)的失效，一般工作條件復(fù)雜、可疑點較多、難度也大，對失效人員的要求是知識面要廣，并具有一定深度，以及豐富的實踐經(jīng)驗。是一門綜合性的技術(shù)學(xué)科，涉及材料學(xué)、力學(xué)、摩擦學(xué)、腐蝕學(xué)和機械制造工藝。三、失效分析的特點四、對失效分析人員的要求

1、實事求是，用事實說話，勇于堅持真理；

2、敏銳的觀察力和熟練的分析技術(shù)，善于捕捉失效信息和證據(jù)；

3、正確的失效分析思路和良好的失效模式、失效原因判斷能力，要有“醫(yī)生的思路，偵探的技巧”；

4、善于學(xué)習(xí)，他人、書本、實踐等；

5、扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和較廣的知識面。斷口分析的任務(wù)確定斷裂的宏觀性質(zhì)：延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂確定斷口的宏觀形貌：纖維狀斷口、結(jié)晶斷口、放射花樣、剪切唇查找裂紋源區(qū)的位置和數(shù)量確定斷口的形成過程：裂紋從何處發(fā)展、向何處擴(kuò)展、擴(kuò)展的速度確定斷裂的微觀機制：解理、準(zhǔn)解理、微孔型，沿晶、穿晶確定斷口表面產(chǎn)物的性質(zhì)第五節(jié)壓力容器常見失效形式及原因

斷口的宏觀分析是用肉眼或借助于放大鏡對斷口進(jìn)行觀察。金屬的拉伸斷口,一般由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇組成,稱為斷口的三要素。

纖維區(qū)是斷裂的發(fā)源地

放射區(qū)緊接著纖維區(qū)。它是在裂紋達(dá)到臨界尺寸后高速撕裂的區(qū)域。纖維區(qū)與放射區(qū)的交界標(biāo)志著裂紋由緩慢擴(kuò)展向快速擴(kuò)展的轉(zhuǎn)化。

剪切唇是最后斷裂的區(qū)域。

根據(jù)斷口這三種區(qū)域在整個斷口所占有的斷面積,可以大體上確定其斷裂失效屬性。一、斷口的宏觀分析二、斷口的微觀分析鋼鐵材料在外力作用下因強烈滑移位錯堆積，在變形大的區(qū)域產(chǎn)生很多顯微空洞?；蛞驃A雜物破碎，夾雜物和基體金屬界面的破碎而形成許多微小孔洞。孔洞在外力作用下不斷長大，聚集形成裂紋直至最終分離，這種斷裂方式稱為微孔聚集型斷裂（過載斷裂）其斷口為韌窩斷口無夾雜物的等軸韌窩ZG25鋼每個韌窩中有—球形硫化錳夾雜物斷口的微觀分析剪切韌窩撕裂韌窩斷口的微觀分析斷口的微觀分析解理斷裂：晶體材料因受拉應(yīng)力作用沿著某些嚴(yán)格的結(jié)晶學(xué)平面分離的過程，其斷口為解理斷口。解理斷裂前幾乎沒有塑性變形，宏觀特征是結(jié)晶狀小刻面，“放射狀”或“人字形”花樣解理斷裂的微觀形貌特征：河流花樣、解理臺階、舌狀花樣、扇形花樣、羽毛花樣等。解理斷口的微觀分析解理斷口的微觀分析斷口的微觀分析準(zhǔn)解理斷裂：塑性變形量大于解理斷裂又小于延性斷裂，在片狀馬氏體、回火馬氏體及貝氏體組織的鋼中?？煽吹健Ｊ且环N脆性穿晶斷口。斷口的微觀分析沿晶斷裂：沿晶正向斷裂延性斷裂應(yīng)力腐蝕開裂疲勞斷裂有關(guān)斷口的基本知識三、韌性破裂

韌性破裂是壓力容器在內(nèi)部壓力作用下，器壁上產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到器壁材料的強度極限，從而發(fā)生斷裂破壞的一種形式。1.韌性破裂的機理彈性變形階段彈塑性變形階段斷裂階段三、韌性破裂韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形化學(xué)爆炸大變形45度剪切唇高速形變馬氏體容器的韌性撕裂2.韌性破裂的特征破裂容器器壁有明顯的伸長變形斷口呈暗灰色纖維狀容器一般不是碎裂容器實際爆破壓力接近計算爆破壓力三、韌性破裂3.韌性破裂的原因三、韌性破裂

盛裝液化氣體介質(zhì)的容器充裝過量：對于盛裝液化氣體的容器，應(yīng)該按規(guī)定的充裝系數(shù)充裝，即留有一定的氣相空間，因為隨著溫度的增加，飽和蒸汽壓顯著增加。

使用中的壓力容器超溫超壓運行：違反操作、安全裝置不靈或者投料不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致容器器壁的應(yīng)力達(dá)到材料強度極限三、韌性破裂容器殼體選材不當(dāng)或容器安裝不符合安全要求：

選用的材料的強度過低，或壓力容器的安裝錯誤，使得壓力來源處的壓力高于壓力容器的設(shè)計壓力或最高工作壓力，而又無可靠的減壓裝置，則可能導(dǎo)致破壞。維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)：壓力容器的器壁發(fā)生大面積的腐蝕，壁厚減薄，在正常工作壓力下受壓部件整體屈服發(fā)生破裂。

容器內(nèi)部發(fā)生化學(xué)爆炸。三、韌性破裂四、脆性破裂

脆性破裂指壓力容器在破裂時沒有顯著的塑性變形，破裂時器壁的壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限。1.脆性破裂的機理開裂階段裂紋擴(kuò)展階段

發(fā)生低應(yīng)力脆性破裂的必須條件有：容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生變化；存在一定的水平應(yīng)力；材料韌性較差。脆性斷裂總是由宏觀裂紋的擴(kuò)展引起的。四、脆性破裂脆性破壞2.脆性破裂的特征四、脆性破裂脆斷時無明顯外觀變化和外觀預(yù)兆，破壞后容器器壁無明顯的伸長變形，壁厚一般不減薄。脆性破壞的斷口齊平，呈金屬光澤的結(jié)晶狀，并與最大主應(yīng)力方向垂直。容器縱向脆斷時裂口與器壁表面垂直，環(huán)向脆斷時斷口與容器的中心線相垂直容器脆斷時，常裂成碎片并飛出，其結(jié)果要比韌性破壞嚴(yán)重的多厚壁容器和較低溫度的容器最易發(fā)生脆性破壞，且斷裂時名義應(yīng)力很低，常低于材料的屈服極限。3.脆性破裂的原因四、脆性破裂1）溫度：當(dāng)壓力容器受壓原件的工作溫度低于材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度時，材料就可能由韌性變?yōu)榇嘈?，其韌性和斷裂韌度大幅度降低。

2）裂紋性缺陷：壓力容器受壓元件一旦產(chǎn)生裂紋，這個區(qū)域的實際的應(yīng)力要比按常規(guī)方式計算的數(shù)值高的多，材料的實際強度比無裂紋的理想材料的強度低，即使材料有足夠的韌性，但當(dāng)裂紋缺陷達(dá)到一定的尺寸界限時，仍可能發(fā)生脆性斷裂。3.脆性破裂的原因四、脆性破裂3）厚度：鋼板的厚度越大，則其沖擊韌性越低，冷脆轉(zhuǎn)變溫度越高。

4）加載速度：隨著加載速度的增加，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，韌性下降。

5）微觀組織：隨著晶粒尺寸的增加，鋼的斷裂應(yīng)力顯著降低，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高。

6）殘余應(yīng)力脆性斷口五、疲勞破裂

疲勞破裂指壓力容器在反復(fù)加壓和卸壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有經(jīng)過明顯的塑性變形而導(dǎo)致容器斷裂的一種破裂形式。1.疲勞曲線及疲勞破裂的機理循環(huán)次數(shù)最大交變應(yīng)力金屬的疲勞曲線五、疲勞破裂疲勞破裂的機理疲勞裂紋核心的產(chǎn)生疲勞裂紋的擴(kuò)展

金屬疲勞斷口疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展區(qū)，象貝殼一樣的同心弧線花紋最后斷裂區(qū)，與靜載荷下帶有尖銳缺口的構(gòu)件斷口相似金屬疲勞斷裂的過程表面、晶界及非金屬夾雜物處滑移五、疲勞破裂疲勞失效特征疲勞斷裂：疲勞源區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)瞬時斷裂區(qū)2.疲勞破裂的分類低應(yīng)力高周疲勞高應(yīng)力低周疲勞循環(huán)周次在105以上，外載超過材料的彈性應(yīng)力極限值應(yīng)力水平較高，交變周次在102～105五、疲勞破裂2.疲勞破裂的分類熱疲勞腐蝕疲勞溫度變化所產(chǎn)生的熱應(yīng)力反復(fù)作用下所產(chǎn)生的疲勞破壞交變載荷和腐蝕介質(zhì)共同作用。五、疲勞破裂接觸疲勞接觸應(yīng)力反復(fù)作用下出現(xiàn)麻點或壓碎剝落。3.

疲勞破裂的特征五、疲勞破裂容器破壞時沒有明顯的塑性變形；疲勞斷裂與脆性破壞的端口形貌不同，疲勞端口存在兩個明顯的區(qū)域，一個是疲勞裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展區(qū)，另一個是最終斷裂區(qū)；容器的疲勞破壞一般是疲勞裂紋穿透器壁而泄漏失效；疲勞破壞總是在經(jīng)過多次的反復(fù)加壓和泄壓后發(fā)生的。4.疲勞破裂的原因內(nèi)部因素

例如，容器的接管、開孔、轉(zhuǎn)角以及其他幾何形狀不連接處，在焊縫附近以及鋼板原有缺陷的應(yīng)力集中外部因素

間歇式操作的容器，器內(nèi)壓力、溫度波動較大，振動；外界的風(fēng)、雪、雨、地震造成的周期性外載荷局部高應(yīng)力區(qū)反復(fù)交變載荷五、疲勞破裂疲勞斷口斷口的微觀分析斷口的微觀分析五、疲勞破裂存在疲勞載荷時的設(shè)計：1、設(shè)計中盡量減少應(yīng)力集中2、設(shè)計中應(yīng)判斷是否可以免除疲勞分析，不能免除的應(yīng)按JB4732《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行疲勞分析設(shè)計。

腐蝕破裂指壓力容器在腐蝕性介質(zhì)作用下，引起容器壁由厚變薄或材料組織結(jié)構(gòu)改變、力學(xué)性能降低，使壓力容器承載能力不夠而發(fā)生的破壞形式。六、腐蝕破裂按腐蝕破壞形態(tài)分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）按腐蝕機理分化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕按腐蝕環(huán)境分介質(zhì)腐蝕海水腐蝕腐蝕破裂分類晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕氫損傷土壤腐蝕

6月25日福建焦化裝置加熱爐對流室注水管泄漏著火，裝置停工。檢查發(fā)現(xiàn)對流室注水管上兩排管腐蝕嚴(yán)重，有一根腐蝕穿孔。本次非計劃停工7天。1、福建焦化裝置加熱爐對流室注水管腐蝕情況原設(shè)計進(jìn)水溫度90度，由于預(yù)換熱停用，進(jìn)水溫度只有25度左右，造成嚴(yán)重露點腐蝕。

7月6日燕化中壓加氫裂化裝置新氫壓縮機入口壓力突降，壓縮機聯(lián)鎖停車，再次啟動壓縮機時氫系統(tǒng)壓力難以建立，脫丁烷塔壓力突然上升，裝置被迫停工。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)E－504A/B發(fā)生腐蝕內(nèi)漏，搶修時兩臺換熱器共堵管38根。本次非計劃停工4.32天2、燕化中壓加氫裂化裝置中壓加氫裂化換熱器E－504A堵管情況燕化中壓加氫裂化E－504A換熱管焊口焊肉減薄情況該管束應(yīng)用了10年，從本周期開始出現(xiàn)腐蝕燕化中壓加氫裂化E－504A換熱管焊口焊肉減薄情況該管束應(yīng)用了10年，從本周期開始出現(xiàn)腐蝕

茂名渣油加氫裂化裝置一系列空冷AC101A出現(xiàn)泄漏，裝置被迫停工處理。搶修對泄漏的空冷管束進(jìn)行了更換，本次非計劃停工4天。3、茂名渣油加氫裂化裝置渣油加氫裂化空冷101A管束換熱管腐蝕穿孔茂名渣油加氫裂化空冷換熱管減薄情況空冷管束解體圖，管束均勻減薄晶間腐蝕

金屬的腐蝕局限在晶界或者在晶界附近，而晶粒本身的腐蝕較小的一種腐蝕形態(tài)稱為晶界腐蝕。這種腐蝕造成晶粒脫落，使容器材料的強度和伸長率顯著下降，但仍保持原有的金屬光澤而不易被發(fā)現(xiàn)，故危害很大。比如奧氏體不銹鋼中的晶界腐蝕。六、腐蝕破裂斷裂腐蝕

材料在腐蝕性介質(zhì)和應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的腐蝕，主要有應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕，應(yīng)力可以是拉伸應(yīng)力，也可以是交變應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕：拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)的作用

疲勞腐蝕：交變載荷與腐蝕性介質(zhì)的作用六、腐蝕破裂引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，且應(yīng)力可大可小。純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間有選擇性和匹配關(guān)系。應(yīng)力腐蝕是一個電化學(xué)腐蝕過程，包括應(yīng)力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展等階段應(yīng)力腐蝕：六、腐蝕破裂常用材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)見下表：六、腐蝕破裂北京東方化工廠裂解爐爐管大量活動性裂紋外表面內(nèi)表面端面露點工況下的氯離子應(yīng)力腐蝕脫碳和開裂脫碳分層線新疆天業(yè)化工股份有限公司尿素合成塔應(yīng)力腐蝕蒸氣泄漏到層板中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂

液氨對碳鋼及低合金鋼容器的應(yīng)力腐蝕：

液氨儲存容器在充裝、卸放及檢修時，難免進(jìn)入空氣。接觸了空氣的液氨，在氧及二氧化碳的參與下，在應(yīng)力特別是焊接殘余應(yīng)力的作用下，對鋼材有強烈的腐蝕作用，使之產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，并多產(chǎn)生于焊縫部位。鋼材強度越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大。最終導(dǎo)致容器破裂。

六、腐蝕破裂

硫化氫對鋼制容器的應(yīng)力腐蝕：

濕的硫化氫，加上應(yīng)力特別是焊接殘余應(yīng)力，可對鋼制容器產(chǎn)生強烈的應(yīng)力腐蝕，且在20℃左右的溫度下最為嚴(yán)重。

苛性堿對鍋爐鍋筒或容器的應(yīng)力腐蝕（堿脆或苛性脆化）：

這種應(yīng)力腐蝕一般需要三個條件：較高的溫度、較高的苛性堿濃度及較高（達(dá)到鋼材屈服點）的拉伸應(yīng)力。在鍋爐鍋筒的脹口、鉚縫等部位，有可能滿足上述三個條件，常由這些部位開始形成應(yīng)力腐蝕開裂。含堿容器的接管、法蘭部位及其他應(yīng)力集中部位，也有堿脆開裂的例證。六、腐蝕破裂

氯離子對奧氏體不銹鋼容器的應(yīng)力腐蝕：

無論是高濃度的氯離子，還是高溫高壓水中微量的氯離子，均可對奧氏體不銹鋼造成應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕裂紋常產(chǎn)生在焊縫附近，最終造成容器破裂。

潮濕條件下一氧化碳對氣瓶的應(yīng)力腐蝕：

工業(yè)一氧化碳?xì)怏w中常含有二氧化碳和水分，在氣瓶反復(fù)充裝、應(yīng)力交變的條件下，氣瓶會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋甚至破裂。六、腐蝕破裂應(yīng)力腐蝕破裂屬于脆性破裂，斷口平齊，沒有明顯的塑性變形，破裂方向與主應(yīng)力方向垂直。應(yīng)力腐蝕是一種局部腐蝕，其斷口一般可分出裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時破裂區(qū)兩部分，前者顏色較深，有腐蝕產(chǎn)物伴隨，后者顏色較淺且潔凈。應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展過程中會發(fā)生裂紋分叉，即有一主裂紋擴(kuò)展得最快，其余是擴(kuò)展得較慢的支裂紋。引起破裂的因素中均有特定介質(zhì)和拉伸應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕破裂的基本特征六、腐蝕破裂選用合適的材料，盡量避開材料與敏感介質(zhì)的匹配，比如不用奧氏體不銹鋼容器作接觸海水及氯化物的容器。在結(jié)構(gòu)設(shè)計及布置中避免過大的局部應(yīng)力。采用涂層或襯里，把腐蝕性介質(zhì)與容器承壓殼體隔離，并防止涂層或襯里在使用中損壞。在制造中采用成熟合理的焊接工藝及裝配成形工藝，并進(jìn)行必要合理的熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力及其它內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕常對水分及潮濕氣氛敏感，使用中應(yīng)注意防濕防潮，對設(shè)備加強管理和檢驗應(yīng)力腐蝕破裂的預(yù)防六、腐蝕破裂氫損傷

由于氫滲進(jìn)金屬內(nèi)部而造成的金屬性能惡化的現(xiàn)象稱為氫損傷，也稱為氫破壞

氫鼓包由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部而產(chǎn)生，結(jié)果造成局部變形，甚至器壁遭到破壞氫脆由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部而產(chǎn)生，結(jié)果引起韌性和抗拉強度下降脫碳由于濕氫進(jìn)入鋼中，使鋼中碳含量減少，其結(jié)果是鋼的強度下降；氫腐蝕在高溫下氫與合金中的組分反應(yīng)造成腐蝕。七、氫腐蝕氫原子或氫離子擴(kuò)散到鋼材內(nèi)部在空穴處生成甲烷。甲烷的擴(kuò)散能力低，隨著反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行、甲烷逐漸聚集，形成局部高壓，應(yīng)力集中并發(fā)展為裂紋。氫腐蝕需要一個起始溫度與一個起始?xì)浞謮?。碳鋼的起始溫度?20℃，起始?xì)浞謮簽?.38MPa左右。當(dāng)氫分壓低于起始分壓時只發(fā)生表面脫碳而不發(fā)生氫腐蝕。指鋼受高溫高壓氫的作用引起組分的化學(xué)變化，使鋼材的強度和塑性下降、斷開呈脆性斷裂的現(xiàn)象七、氫腐蝕中?；瘜W(xué)天野分公司C爐水冷壁爐管材質(zhì)劣化管內(nèi)跑酸導(dǎo)致氫腐蝕，其表現(xiàn)為脫碳和開裂八、腐蝕疲勞腐蝕疲勞是材料在腐蝕介質(zhì)中承受交變荷載所產(chǎn)生的疲勞破壞現(xiàn)象。從失效的意義上說，腐蝕疲勞和常規(guī)疲勞相仿，同樣有工程裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展兩類失效問題。所以，其疲勞特性也有所謂腐蝕疲勞和腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展兩大類。在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，裂紋萌生要比在惰性介質(zhì)中容易得多，所以材料腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展特性在整個腐蝕疲勞特性中占有更重要的地位。和常規(guī)疲勞類似，腐蝕疲勞特性通常也是用S—N曲線表征的。真空中疲勞強度最高，這是因為真空中排除了水蒸汽和氧氣的影響；預(yù)浸腐蝕介質(zhì)是在試驗表面形成蝕坑，起應(yīng)力集中的作用。所以，預(yù)浸使疲勞特性同缺口試樣的疲勞特性類似；腐蝕疲勞的S—N曲線最低，這是因為單純腐蝕在蝕坑和裂紋尖端處形成的保護(hù)性氧化膜，在交變應(yīng)力作用下不斷破裂，致使新裸表面不斷受到腐蝕介質(zhì)的作用。八、腐蝕疲勞材料的腐蝕疲勞特性除和介質(zhì)有關(guān)外，還和材料成分、常規(guī)力學(xué)性能、試驗頻率以及抗腐蝕能力有關(guān)。鋼的強度愈高，其腐蝕疲勞的敏感性相對愈大。當(dāng)頻率下降時，腐蝕過程會更充分地進(jìn)行，則材料的腐蝕疲勞強度還要有所下降。一般說來，任何改善材料抗腐蝕能力的措施都對提高腐蝕疲勞強度有利。八、腐蝕疲勞在四種不同環(huán)境條件下的S-N曲線影響腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的主要因素（1）加載頻率：加載頻率越低，da/dN越大，而且其影響隨頻率降低而加劇。（2）平均應(yīng)力：無論是在惰性介質(zhì)（干氬）中還是在水介質(zhì)中，平均應(yīng)力對腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展有加速作用。（3）材料強度：材料的σs越高，（da/dN）CF也越高。但在腐蝕作用不明顯的介質(zhì)中，影響也不明顯。八、腐蝕疲勞防止腐蝕疲勞的措施減少腐蝕疲勞的主要方法是選擇能在預(yù)定的環(huán)境中抗腐蝕的材料。也可以通過各種表面處理如噴丸、氮化等工藝使表面殘留壓應(yīng)力。一般認(rèn)為，陽極鍍層有益，陰極鍍層有害。如鍍鋅、鎘對鋼的表面是陽極鍍層，可改善腐蝕疲勞抗力；但鍍鉻、鎳對鋼的表面是陰極鍍層，使表面產(chǎn)生不利的拉應(yīng)力，出現(xiàn)發(fā)狀裂紋和氫脆。其他的表面保護(hù)，如涂漆、涂油或用塑料、陶瓷形成保護(hù)層，只要它在使用中不破壞，則對減少腐蝕疲勞都是有利的。八、腐蝕疲勞

蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限度時，即使應(yīng)力低于屈服極限，容器材料也會發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)長期積累，最終會導(dǎo)致壓力容器的破壞。九、蠕變破裂1.蠕變破裂的機理金屬材料高溫金相組織發(fā)生變化晶粒長大、珠光體、球化、析出石墨、晶間開裂或疏松微孔韌性下降九、蠕變破裂蠕變破裂的特征1.在高應(yīng)力及較低溫度下蠕變時，最終發(fā)生穿晶型蠕變破裂，破裂前有大量塑性變形，破裂后的伸長率高，往往形成縮頸，斷口呈延性形態(tài)，因而也叫蠕變延性破裂。2.在低應(yīng)力及較高溫度下蠕變時，最終發(fā)生沿晶型蠕變破裂，破裂前塑性變形很小，破裂后的伸長率甚低，縮頸很小或者沒有，在晶體內(nèi)常有大量細(xì)小裂紋，這種破裂也叫蠕變脆性破裂。3.蠕變破裂斷口常有明顯的氧化色彩。九、蠕變破裂三、原因壓力容器發(fā)生蠕變破壞往往是由于容器長期在某一高溫下運行，即使其應(yīng)力低于材料的屈服極限，材料也能發(fā)生緩慢的塑性變形。壓力容器因選材不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理，造成蠕變破壞容器由于結(jié)垢、結(jié)碳、結(jié)疤等影響傳熱，造成局部過熱。九、蠕變破裂高溫蠕變斷口各種破壞形式斷口分析小結(jié)第六節(jié)失效分析的常用手段宏觀檢查顯微鏡檢查

裂紋拼湊圖找到初始裂紋

——失效分析的常用手段金相試驗、掃描電子顯微鏡試驗

洗照片

——失效分析的常用手段硬度檢測、力學(xué)性能試驗（拉伸、沖擊、彎曲、扭轉(zhuǎn)、斷裂韌度、高溫性能、腐蝕后的性能）

——失效分析的常用手段化學(xué)成份分析、光譜分析（定量和半定量）、能譜分析、X射線衍射分析液體成分分析

——失效分析的常用手段有限元計算模擬強度（韌性和脆性）、剛度、穩(wěn)定性、振動基于GB150強度校核、基于GB4732分析設(shè)計強度校核、極限載荷分析、脆斷“極限”載荷分析

——失效分析的常用手段“T”型法分叉法變形法氧化法殘骸分析：特征-因素圖法——“魚骨圖”事故樹法—邏輯性較強排除法模擬試驗法—缺少數(shù)據(jù)時，可以還原現(xiàn)場

第七節(jié)失效分析方法從大的方面講，失效機理可主要分為均勻腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕、材質(zhì)裂化、機械破壞等，但針對某個特定環(huán)境下的失效模式往往是幾種失效機理耦合的結(jié)果。如腐蝕疲勞問題，硫化物應(yīng)力腐蝕問題，高溫硫化物和環(huán)烷酸腐蝕問題等等。

一、特征-因素圖法“魚骨”圖分析法“魚骨”圖分析法也是失效系統(tǒng)工程中較常用的一種方法。因為用這種方法分析事故原因的圖形象一條魚骨,故而得名。又因為所用的分析圖是根據(jù)因果關(guān)系按層次排列的,所以也稱因果分析圖?！棒~骨”圖分析法在日本等國被廣泛用于質(zhì)量管理與失效分析。

第七節(jié)失效分析方法

“魚骨”圖分析法是把準(zhǔn)備分析的事故的各種因素按層次作成圖形,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行原因分析,它有以下特點：1)直觀全面。造成某類缺陷或事故的因素全部列在圖上,既可作到一目了然,又可以防止疏忽遺漏某些不被注意而又十分重要的因素。2)失效因素層次清楚。造成事故的因素往往是多方面的,其中有直接的,也有間接的；而且這些因素的因果關(guān)系都是有繼承而非單一的?！棒~骨”圖能把這種錯綜復(fù)雜的因果關(guān)系分層次清楚地表現(xiàn)出來。第七節(jié)失效分析方法

“魚骨”圖分析一般分為三步，即確定分析的失效現(xiàn)象、繪制"魚骨"圖和原因分析。分析失效現(xiàn)象的確定。分析對象如果不合適,或范圍太大,會降低分析效率,得出錯誤的結(jié)論。所以必須根據(jù)失效研究對象的具體情況,有針對性確定分析的失效現(xiàn)象。例如一個容器在運行中斷裂爆炸,如果不管容器本身的質(zhì)量如何,使用環(huán)境條件如何,斷裂的過程及特征如何,一律把分析對象定為“容器斷裂爆炸”，就會作出許多層次、包括幾十個或幾百個因素的“魚骨”圖,使分析工作難以進(jìn)行。第七節(jié)失效分析方法

“魚骨”圖的繪制

“魚骨”圖是以表示缺陷或失效現(xiàn)象的水平粗箭頭線作為“脊骨”(亦稱主干線),在“脊骨”的兩旁分別列出其直接引起缺陷或失效現(xiàn)象的原因,用帶箭頭的線與“脊骨”相連,稱為“大骨”或大因素。一般將引起缺陷或失效的某些方面的因素作為大因素,如壓力容器的"制造缺陷"或"材料選用失誤"等等。直接導(dǎo)致這大因素的,也有各種原因,稱為中因素,也依次列出,用箭頭線與大因素相連接,稱為是"中骨"。第七節(jié)失效分析方法

3)原因分析從設(shè)備或系統(tǒng)的失效現(xiàn)象或過程以及它的設(shè)計制造質(zhì)量、運行狀態(tài)(維護(hù)、操作)、工藝條件(溫度、壓力、介質(zhì)等環(huán)境因素)與"魚骨"圖的因素對照,排除其中不可能存在的因素,逐步縮小范圍,以查明事故的主次原因。

第七節(jié)失效分析方法

“魚骨”圖分析法舉例有一臺球形容器,在使用不久即發(fā)生斷裂爆炸。經(jīng)分析,容器有成熟的設(shè)計經(jīng)驗,設(shè)計結(jié)構(gòu)、強度、材料選用等都經(jīng)過長期的實際檢驗,證明設(shè)計合理,而且容器剛投產(chǎn),不可能產(chǎn)生疲勞、應(yīng)力腐蝕等斷裂因素,且所有儀表記錄證明,容器工藝條件(溫度、壓力、介質(zhì)等)正常。周圍環(huán)境也無特殊異常情況,如大風(fēng)、地震、火災(zāi)、泄漏等。試用容器制造缺陷因素的“魚骨”圖分析法進(jìn)行分析。

第七節(jié)失效分析方法

材料缺陷容器制造缺陷斷裂組裝缺陷材料質(zhì)量軋制缺陷冶煉缺陷材料誤用錯誤代用組裝應(yīng)力

剛性大

幾何形狀缺陷錯邊角變形不圓度局部凹陷熱處理不當(dāng)熱處理溫度或時間不當(dāng)加熱不均未熱處理熱處理缺陷焊縫外部缺陷焊縫咬邊表面裂紋表面不平整焊接缺陷內(nèi)部裂紋未熔合氣孔夾渣焊縫內(nèi)部缺陷容器制造缺陷因素的“魚骨”圖支腿不垂直強行組裝標(biāo)記錯誤第七節(jié)失效分析方法二、事故樹法高壓停留罐6.55MPa,280℃,鋁酸鈉水溶液16MnR事故樹法排除法

浸出槽，0.2MPa,90~120

℃,硫酸鋅、硫酸（9%）、硝酸（1%）,Q235-B

排除法

浸出槽爆炸事故過程示意圖

排除法

經(jīng)分析該事故原因主要有以下幾種可能：更改設(shè)計原因、螺栓缺陷原因、工藝化學(xué)爆炸對于更改了的設(shè)計：設(shè)計比對顯示對結(jié)構(gòu)受力影響不大；對于帶缺陷的螺栓：進(jìn)行了韌性斷裂和脆性斷裂模擬（考慮了螺栓的一定預(yù)緊力），顯示在操作壓力下不會斷裂；對于工藝：進(jìn)行了模擬試驗，顯示會生成大量硫化氫，在隨后的工藝中要求通入氧氣后，達(dá)到爆炸極限，但缺少點火源；對于試車工藝：進(jìn)行了排查，試車工藝對爆炸影響不大；

浸出槽爆炸事故過程示意圖H2S濃度超過爆炸極限浸出槽內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生H2SH2S濃度達(dá)到爆炸極限薄弱螺柱脆性斷裂個別螺柱被從螺孔拉出偶然因素導(dǎo)致的摩擦產(chǎn)生局部熱點浸出槽內(nèi)發(fā)生化學(xué)爆炸通入氧氣設(shè)備法蘭上的螺柱被點焊螺柱承載能力降低其余螺柱脆性斷裂或帶有脆性特征的韌性斷裂浸出槽上筒體和上封頭飛出

模擬試驗法腐蝕介質(zhì)：氣相空間：濕氯氣；液相空間：鹽酸；失效現(xiàn)象:鋯板(尤其鋯鉭焊縫處)嚴(yán)重腐蝕1.氯氣對鋯