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1、中国特种设备检测研究院 承压设备损伤模式识别 中国特种设备检测研究院 目录目录 1引言 2腐蚀减薄 3环境开裂 4材质劣化 5机械损伤 6其它损伤 中国特种设备检测研究院 报告内容报告内容 1引言 2腐蚀减薄 3环境开裂 4材质劣化 5机械损伤 6其它损伤 承压设备损伤模式识别 中国特种设备检测研究院 报告内容报告内容 1引言 2腐蚀减薄 3环境开裂 4材质劣化 5机械损伤 6其它损伤 承压设备损伤模式识别 中国特种设备检测研究院 二、腐蚀减薄 2.1 盐酸腐蚀 2.2 硫酸腐蚀 2.3 氢氟酸腐蚀 2.4 磷酸腐蚀 2.5 二氧化碳腐蚀 2.6 环烷酸腐蚀 2.7 苯酚腐蚀 2.8 有机酸腐
2、蚀 2.9 高温氧化腐蚀 2.10 大气腐蚀（无绝热层 ） 2.11 大气腐蚀（有绝热层 ） 2.12 冷却水腐蚀 2.13 土壤腐蚀 2.14 微生物腐蚀 2.15 锅炉冷凝水腐蚀 2.16 碱腐蚀 2.17 燃灰腐蚀 2.18 烟气露点腐蚀 2.19 氯化铵腐蚀 2.20 胺腐蚀 2.21 高温硫化物腐蚀(无氢气环境 ) 2.22 高温硫化物腐蚀(氢气环境) 2.23 硫氢化铵腐蚀(碱性酸性水) 2.24 酸性水腐蚀(酸性酸性水) 2.25 甲铵腐蚀 中国特种设备检测研究院 2.1 盐酸腐蚀 损伤描述及损伤机理 金属与盐酸接触时发生的全面/局部腐蚀。 Fe+2HClFeCl2+H2 注：本
3、标准中所有化学式中的金属一般以Fe作为代表给出。 损伤形态 碳钢和低合金钢：表现为均匀减薄，介质局部浓缩或露点 腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。 奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢：表现为点状腐蚀，形成直 径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。 敏感材料 碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢。 中国特种设备检测研究院 2.1 盐酸腐蚀 主要影响因素 a. 盐酸浓度：腐蚀速率随着盐酸浓度的升高而增大。沉积的氯化物下可形成局部的 氯化氢水溶液，水溶液的pH值低于4.5； b. 温度：腐蚀速率随着温度的升高而增大； c. 合金成分：奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢9.0且CO32-100ppm，或8
4、20ppm并溶解有硫化氢时湿硫化氢破坏易发生； b) 硫化氢分压：溶液中溶解的硫化氢浓度50ppm时湿硫化氢破坏容易发生，或潮湿气体 中硫化氢气相分压大于0.0003MPa时，湿硫化氢破坏容易发生，且分压越大，敏感性越高 ； c) 温度：氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂损伤发生的温度范围为室温到150，有 时可以更高，硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82以下； d) 硬度：硬度是发生硫化物应力腐蚀开裂的一个主要因素。炼油厂常用的低强度碳钢应控 制焊接接头硬度在HB 200以下。氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤与钢铁硬度无 关； e) 钢材纯净度：提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂
5、和应力导向氢致开裂的 能力； f) 焊后热处理：焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性，并对 防止应力导向氢致开裂起到一定的减缓作用，但对氢鼓泡和氢致开裂不产生影响； g) 如果溶液中含有硫氢化铵且浓度超过2%（质量比）会增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导 向氢致开裂的敏感性； h) 如果溶液中含有氰化物时，会明显增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤的敏 感性。 中国特种设备检测研究院 3.7湿硫化氢破坏 易发生的装置或设备 a) 装置：常减压装置、加氢装置、催化裂化装置、延迟焦化装置，制硫装置的轻油分馏系 统和酸性水系统，乙烯裂解装置的压缩系统以及裂解与急冷系统的急冷部分
6、等； b) 设备：未采用抗氢致开裂钢制造的塔器、换热器、分离器、分液罐、球罐、管线等。 中国特种设备检测研究院 3.7湿硫化氢破坏 主要预防措施 a) 选用合适的钢材或合金，或设置有机防护层； b) 用冲洗水来稀释氢氰酸浓度； c) 采用高纯净度的抗氢致开裂钢； d) 限制焊缝和热影响区的硬度，应不超过HB 200； e) 焊接接头部位进行焊后消除应力热处理； f) 使用特殊的缓蚀剂。 中国特种设备检测研究院 3.7湿硫化氢破坏 检测/监测方法 湿荧光磁粉检测、涡流检测、射线检测、超声横波检测、硬度测定、金相分析等。 相关或伴随的其它损伤模式 氢脆、胺应力腐蚀开裂、碳酸盐应力腐蚀开裂。 环境开
7、裂 中国特种设备检测研究院 3.10氢脆 损伤描述及损伤机理 腐蚀过程中化学反应产生的氢或材料内部的氢，以氢原子形式渗入高强度钢，造成材 料韧性降低，在材料内部残余应力及外加载荷应力共同作用下发生脆性断裂。 损伤形态 a) 氢脆引起的开裂以表面开裂为主，也可能发生在表面下； b) 氢脆发生在高残余或三向应力的部位（缺口、紧缩）； c) 断裂时一般不会发生显著的塑性变形； d) 强度较高的钢氢脆开裂一般形成沿晶裂纹。 敏感材料 碳钢、低合金钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、镍基合金。 中国特种设备检测研究院 3.10氢脆 主要影响因素 a) 同时满足以下三个条件时氢脆易发生：钢或合金中的氢达到临界
8、浓度，钢及合 金的强度水平和微结构对脆断敏感，残余应力和外加载荷共同作用造成的应力高 于氢脆开裂的临界应力； b) 氢的来源：焊接、酸溶液清洗和酸洗、高温氢气环境、湿硫化氢或氢氟酸环境 、电镀、阴极保护； c) 温度高于82时氢脆通常不会发生； d) 氢脆在静态载荷下对断裂韧性的影响较大，材料中渗入足够多的氢且承受一定 的应力时，失效会迅速发生； e) 渗氢量取决于环境、表面化学反应和金属中存在的氢陷阱(如微观不连续、夹 杂物、原始缺陷或裂纹)； f) 厚壁部件更容易发生氢脆； g) 材料强度增加，氢脆的敏感性增加； h) 相对于同样强度的回火马氏体，珠光体材质更容易发生氢脆。 中国特种设备检
9、测研究院 3.10氢脆 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置、加氢装置、胺处理装置、酸性水装置和氢氟酸烷基化装置中在 湿硫化氢环境下服役的碳钢管线和容器； b) 采用高强度钢制造的球罐； c) 高强度钢制螺栓和弹簧十分容易发生氢脆，甚至在电镀过程中渗入氢并发生开 裂； d) 加氢装置和催化重整装置的铬钼制反应器、缓冲罐和换热器壳体，尤其是焊接 热影响区的硬度超过HB 235的部位。 中国特种设备检测研究院 3.10氢脆 主要预防措施 a) 选用低强度钢，或采用焊后热处理降低残余应力和硬度； b) 在焊接过程中，选用低氢焊材，并使用干电极和预热工艺。如果氢可能渗入金 属，可在焊接前采用预热至2
10、04或更高的方法把氢释放出来； c) 对在高温临氢环境下工作的设备和管线，停工时必须先降压后降温，开工时必 须先升温后升压； d) 对设备和管线内部施加涂层、堆焊不锈钢或设置其他保护衬里。 中国特种设备检测研究院 3.10氢脆 检测/监测方法 a) 采用无损检测，如磁粉检测或渗透检测来检查有无表面开裂； b) 超声波横波检测可用检查材料内部有无氢脆裂纹，也可用于从设备外壁检测内壁 有无裂纹。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 环境开裂 中国特种设备检测研究院 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 损伤描述及损伤机理 在停工期间设备表面的硫化物腐蚀产物，与空气和水反应生成连多硫酸(H2SxO6， x=36
11、)，对敏化后的奥氏体不锈钢（如焊接接头热影响区）易引起应力腐蚀开裂， 一般为沿晶型开裂。这种开裂与奥氏体不锈钢在经历高温阶段时碳化铬在晶界析出， 晶界附近的铬浓度减少，形成局部贫铬区有关。 损伤形态 易发生在奥氏体不锈钢的敏化区域，多为沿晶型开裂，开裂可能在短短几分钟或 几小时内迅速扩展穿透管道和部件的壁厚。多见于集聚有硫铁化物腐蚀产物的奥 氏体不锈钢设备及管道上，一旦暴露在空气和水中极易产生开裂。 敏感材料 奥氏体不锈钢、镍基合金。 中国特种设备检测研究院 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 主要影响因素 a) 环境：金属部件在硫化物环境中表面形成硫化物，硫化物与空气和水反应生成 连多硫酸； b)
12、 材料：材料处于敏化状态； c) 应力：残余应力或载荷引起的应力较高，可促进开裂。 中国特种设备检测研究院 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 易发生的装置或设备 a) 加氢装置、催化装置、焦化装置、蒸馏装置等奥氏体不锈钢制设备和管道； b) 反应器、换热器、炉管、工业管线、膨胀节等奥氏体不锈钢制部件或构件。 中国特种设备检测研究院 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 主要预防措施 a) 停工过程中或停工后立即用碱液或苏打灰溶液冲洗设备，以中和连多硫酸，或 在停工期间用干燥的氮气，或者氮气和氨混合气进行保护，以防止接触空气； b) 加热炉保持燃烧室温度始终在露点温度以上，防止在加热炉管表面形成连多硫 酸；
13、 c) 选用不易敏化的材质，如稳定化奥氏体不锈钢、低碳奥氏体不锈钢或双相不锈 钢。 中国特种设备检测研究院 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 检测/监测方法 渗透检测、金相检测。 相关或伴随的其它损伤模式 敏化。 环境开裂 中国特种设备检测研究院 报告内容报告内容 1引言 2腐蚀减薄 3环境开裂 4材质劣化 5机械损伤 6其它损伤 承压设备损伤模式识别 中国特种设备检测研究院 四、材质劣化 4.1 晶粒长大 4.2 渗氮* 4.3 球化 4.4 石墨化 4.5 渗碳 4.6 脱碳 4.7 金属粉化* 4.8 相脆化 4.9 475脆化 4.10 回火脆化 4.11 辐照脆化* 4.12 钛氢化*
14、4.13 再热裂纹 4.14 脱金属腐蚀 4.15 敏化 中国特种设备检测研究院 4.3 球化 损伤描述及损伤机理 材料在高温长期使用过程中，珠光体中渗碳体（碳化物）形态由最初的层片状逐渐转 变成球状的过程。钢材加热到一定温度时，珠光体中的片状渗碳体获得足够的能量后 局部溶解，断开为若干细的点状渗碳体，弥散分布在奥氏体基体上，同时由于加热温 度低和渗碳体不完全溶解，造成奥氏体成分极不均匀。以原有的细碳化物质点或奥氏 体富碳区产生的新碳化物为核心，形成均匀而细小的颗粒状碳化物，这些碳化物在缓 冷过程中或等温过程中聚集长大，并向能量最低的状态转化，形成球状渗碳体。 损伤形态 a) 球化一般目视检测
15、不可见或不明显，主要通过金相分析判断； b) 碳钢中片状碳化物相聚，形成较大的球状碳化物；低合金钢中弥散的细小碳化 物相聚，形成较大的球状碳化物。 敏感材料 碳钢、钼钢、铬钼钢。 中国特种设备检测研究院 4.3 球化 主要影响因素 a) 温度：温度升高，球化加速，如454时球化需数年，552时发生球化仅需几 小时； b) 微观组织：退火钢的抗球化性能比正火钢强，粗晶粒钢的抗球化性能比细晶粒 钢强，硅镇静钢的抗球化性能比铝镇静钢强。 中国特种设备检测研究院 4.3 球化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置、催化重整装置和焦化装置中的高温管道和设备，锅炉或加热炉 炉管； b) 其他服役温度高于
16、454的所有碳钢、低合金钢制管道和装备。 中国特种设备检测研究院 4.3 球化 主要预防措施 a) 减少在高温环境中的暴露时间； b) 降低金属壁温； c) 使用耐球化损伤的金属材料。 中国特种设备检测研究院 4.3 球化 检测/监测方法 a) 金相检测； b) 力学性能测试，主要测试抗拉强度； c) 硬度测定。 相关或伴随的其它损伤模式 石墨化。 材质劣化 中国特种设备检测研究院 4.4 石墨化 损伤描述及损伤机理 长期暴露在427596温度范围内的金属材料，其珠光体颗粒分解成铁素体颗粒和 石墨的过程。 损伤形态 a) 石墨化损伤宏观观察不易发现，仅可通过金相检测判定； b) 石墨化损伤的末阶段与蠕变强度降低有关，包括微裂纹/微孔洞形成、表面及 近表面开裂； c) 金相分析可观察到随机分布、链状分布或局部平面分布的石墨球。 敏感材料 碳钢、钼钢。 中国特种设备检测研究院 4.4 石墨化 主要影响因素 a) 温度：温度低于427时，石墨化速率极慢；温度越高，石墨化速率越快； b)
