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 。