腐蚀失效分析作业

输变电铁塔
◆材料类型是什么？
钢结构用于其自重轻、强度高、韧性好、抗震与抗风性能优越、工业装配化程度高；综合经济效益显著、造型美观等优点，在输电线路中得到广泛应用。

，铁塔制造业使用的主要原材料是钢铁型钢，有角钢、钢板、扁钢、圆钢、钢管、槽钢等。

型钢的材质一般为Q235（普通碳素结构钢）、Q345（低合金高强度钢）、35、45号钢等，但随着特高压输电线路项目的实施，Q390、Q420、Q460等高强度钢材将逐渐被普遍采用。

材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，低碳钢的C%小于0.25%，Q235的在0.12%至0.22%之间，属于低碳钢。

Q345是低合金钢（C<0.2%)。

◆表面防腐措施
建设电力铁塔基本都是在野外，因为会受到长期的暴露，并且长时间的经受各种恶劣天气的影响，就会受到长时间的腐蚀，而在受到大气腐蚀以后，其损失程度则会相当的严重，甚至达到一半以上。

但是，在钢结构当中，对于防腐的方法也有几种：热喷涂锌、阴极保护法、涂层法以及热浸镀锌法等。

◆服役环境的要素有哪些？
由于输电线路多是跨区域、长距离建设，运行环境恶劣，长期露天运行，面临各类气象条件、大气腐蚀。

使用条件变化多样，线路转角变化，气象条件差异，铁塔间距和高度的变化。

铁塔主架受重力自重、荷重、冰载、风力、拉线张力、弯力及扭力。

影响钢铁锈蚀的因
素很多，主要包括钢铁自身的化学成分、金相组织以及大气环境的相对湿度、温度、风向、风速、腐蚀介质、结露、粉尘等。

空气中SO2的对腐蚀过程具有催化作用。

◆有可能发生的失效类型是什么？
输变电铁塔失效方式很多，主要有以下几个方面：腐蚀大气腐蚀、海水腐蚀或二者共同造成的腐蚀破坏，铁塔腿端裂纹破坏，铁塔基体金属材料的表面缺陷（重皮、折叠或隐性折叠）破坏，锌镀层表面缺陷破坏，塔材断裂破坏，铁塔倒塌破坏等等。

◆如何设计实验确定失效的类型？
1、现场调查
保护腐蚀失效现场的一切证据，是保证腐蚀失效分析得以顺利有效地进行的先决条件。

要对腐蚀失效现场进行取证，并听取相关设备负责人、操作者等介绍情况，了解服役条件，收集相关的背景信息(如介质种类，温度，压力以及设备或管线的材质等，并且收取适量的腐蚀产物)。

在观察和记录时可用摄影、录像、录音和绘图及文字描述等方式进行，应注意观察和记录的项目主要有:
(1)失效设备的名称、尺寸、形状、材料牌号、制造厂家及全部的制
造工艺历史(了解冶炼、铸造、加工、热处理及装配等情况)、投入运行日期、运行记录、维修记录、工艺流程及操作规程等。

(2)失效设备或部件的结构和制造特征以及失效部件和碎片的腐蚀外
观，如附着物和腐蚀生成物的收集以及一切可疑的杂物和痕迹的观察等。

另外，当肉眼无法直接观察到腐蚀特征时，还可以采用
探伤和现场金相观察等手段进一步对腐蚀情况进行详细地了解和观察。

(3)腐蚀失效设备或管线的服役条件及服役历史(介质环境、温度、压
力和以前相关的监测情况)，应特别注意环境细节和异常工况，如突发超载、温度变化、压力和偶然与强腐蚀介质的接触等。

如有必要可以选取合适的介质进行实验室分析。

(4)听取操作人员及佐证人介绍发现腐蚀失效的情况及其相应的处理
方法
(5)收集同类或相似部件过去曾发生过的腐蚀失效情况。

2、实验室分析
只有在极少数的情况下，通过现场和背景材料的分析能得出腐蚀失效的原因。

大多数失效案例都需根据现场取证和背景材料的综合分析结果来进一步制定实验室的腐蚀失效分析计划，确定进一步腐蚀失效分析试验的目的、内容、方法和实施方式。

失效部件和残留物上具有说服力的物证是十分有限的，因此试验前，须对试验项目和顺序、取样部位、取样方法及试样数量等均应全面考虑，合理地确定切取试样的位置、尺寸、数量和取样方法。

通常采用的分析手段有下列各项: (1)宏观观察主要是凭借肉眼或其他简单仪器，检查腐蚀失效部件表
面是否光滑、有无裂痕、有无腐蚀和腐蚀产物，记录其大小、颜色形态和分布情况等。

这种方法简便、直观，可以简单确定腐蚀的类型。

对于肉眼不能直接看到的设备或管道内部表面，可采用内窥镜技术或者局部破坏等方式加以检查。

(2)微观组织分析主要是用金相显微镜、电子显微镜观察腐蚀失效部
件的显微组织，分析组织对性能的影响，检查铸、锻、焊和热处理等工艺是否恰当，从而由材料的内在因素分析导致发生腐蚀失效的原因。

(3)化学成分分析主要是采用光谱法等测定腐蚀部件的材料是否符合
技术要求，有无用错材料或出现成分偏差，必要时可进行微量元素分析或微区成分分析。

(4)腐蚀形貌观察腐蚀形貌真实地反映了材料被腐蚀的全过程，通过
对材料腐蚀表面形貌的观察，可以进一步详细了解腐蚀过程，推测材料表面腐蚀特征的形成过程。

因此对于腐蚀失效零部件，腐蚀形貌分析是最重要的一环。

通过腐蚀形貌分析，不仅可以得到有关零部件使用条件和腐蚀失效特点的信息，还可以了解腐蚀失效点附近的性质和状况，确定腐蚀的性质和形式，从而找出腐蚀失效的主要原因。

腐蚀形貌分析先用肉眼或低倍实体显微镜和立体显微镜从各个角度来观察腐蚀表面的特征，并利用其中所带的网格粗略估计腐蚀表面蚀点或蚀坑等的大小，然后用电子显微镜(特别是扫描电镜)对有代表性的部位进行深入观察，以了解腐蚀表面的微观特征，同时可以利用电镜附带的X射线能谱仪或谱分析(EDX)功能对材料表面进行微区微量元素定性和定量分析，并进行元素点分布和面分布分析。

(5)腐蚀产物分析表面形貌观察还要配合相应的腐蚀产物分析结果，
才能更有效地分析出材料失效的原因。

对于腐蚀产物的分析，可
以采用化学灼烧法、X射线衍射仪或俄歇电子能谱(AES)及光电子能谱(XPS)进行元素或化合物分析。

(6)介质分析对现场取得的失效零部件的环境介质(如水样或油样)进
行化学分析。

如某乙烯厂裂解压缩系统中某一换热器发生腐蚀泄漏，导致裂解气进入循环水系统，影响生产。

取相应冷凝罐中的冷凝液进行分析。

(7)其他检测项目在必要时可以进行某些项目的力学性能试验，包括
材料的硬度试验以及拉伸或弯曲试验，以校验该零部件的力学性能是否符合技术要求。

另可用X射线衍射仪进行定性(如σ相)或定量(如残余奥氏体含量)分析，对受力复杂的零部件进行应力分析等等。

(8)模拟试验重大的腐蚀失效分析项目，在初步确定失效原因后，还
应及时进行重现性试验(模拟试验)，以验证初步结论的可靠性。

利用介质分析和材料化学成分分析的结果，在实验室内配置成分相同的腐蚀介质，并选用和腐蚀失效部件相同的材质，进行相同的热处理，然后模拟现场环境(温度、压力)进行模拟腐蚀试验，进一步验证腐蚀形成过程和腐蚀机理。

还可以利用安装在重点腐蚀设备上的在线旁路试验釜对装置的腐蚀状况进行监测(监测时间约为3至6个月)，监测结果可以排除装置物料波动等短时期影响，通过选用不同材质的试片，较为真实地反映装置的实际腐蚀状况。

若该监测系统中某部位发生了腐蚀失效，可以借助长期的监测数据更好地进行腐蚀失效分析，并为后期选材提供可靠的试验数据。

完成上述试验后，把现场调查的资料及各项试验结果进行综合分析，搞清失效的过程，确定失效的原因。

在大多数情况下，失效原因可能有多种，应努力分清主要原因和次要原因。

如某零部件存在两个以上的失效类型时，应分析和找出主要的腐蚀失效类型及其主要的失效抗力的表征参量。

◆改进的建议和措施
腐蚀失效分析的目的不仅限于弄清失效原因，更重要的还在于提出有效的补救措施和预防措施。

补救措施和预防措施可能涉及到生产工艺和设备材料、设备结构、制造以及管理等多方面。

提出和实施正确的措施有利减少腐蚀发生的概率，可大大减少检、维修的费用，延长设备或装置的运行周期。

同时不断从大量同类和相似失效案例分析中积累丰富经验，也有利于补救或预防措施的提出。

化学元素是影响铁塔镀锌率的主要因素之一，设定成分时，一方面考虑力学性能，另一方面应考虑化学元素对镀锌的影响；钢基和材上表面质量也是影响铁塔镀锌率的主要因素之一，严格控制钢水氧化性和纯净度，轧制过程中采用合适的加热温度和终轧温度，这些都是提高表面质量的必要手段。