4 管壁ＳＲＢ分析检测
取下管壁内表面的附着物, 置于100ｍＬ已灭菌处理的8%的 生理盐水中,并使之均匀分散于盐水中,取1ｍＬ此盐水逐渐 稀释至10-10级，采用绝迹稀释法测量最大可能菌量。分别在 三种温度下(37℃、50℃和80℃)进行培养，连续观察并记录 结果和现象。实验结果表明，在37℃条件下,ＳＲＢ活性很 差，80℃时没有长出，50℃时最适合该细菌的生长，生长 指标为221,菌量大约为3.0×104个/ｃｍ2。该细菌已适应了 腐蚀产物膜下的环境,将导致膜下细菌腐蚀,进一步研究表明, 该腐蚀产物膜中还含有少量的短链脂肪酸,该脂肪酸会促进 点蚀的形成和发展,加速腐蚀。
由于模具心部未热透,淬火加热出现组织遗传现象,形成 粗大奥氏体晶粒,冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组 织应力和热应力的双重作用,形成裂纹源,裂纹扩展导致表 面开裂。模具横截面出现较多的横向裂纹、弯折裂纹和弧 状裂状,这主要与锻造质量有关。碳化物带状分布说明锻造 不充分,是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因,由宏观形 貌和金相组织特征可以推断,锻造起始温度高,造成组织过 热,提供锻件时未向用户说明,用户按正常温度淬火时出现 开裂事故。 4 结论 热锻模开裂的主要原因属于锻造组织存在严重缺陷,即 粗大的奥氏体晶粒(锻造过热组织)和严重的碳化物带 状分布,模具淬火前未经充分退火细化晶粒,从而造成正 常温度淬火开裂。
5 腐蚀试验
用油田水样对两种钢(套管钢、油管钢)进行了静态和 动态腐蚀试验,温度50℃下密闭除氧试验时间7天。结 果如表1所示:
动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度,说明介质、材料 处于相对运动状态时腐蚀更为严重。在动态腐蚀循环 试验装置上进行了不同流速对腐蚀影响的试验。
不同流速对腐蚀影响的试验
随介质流速的增加,腐蚀速度迅速增大,腐蚀速度由静态 的0.061ｇ/ｍ2· ｈ增加到流速为0.9ｍ/s时的的0.70ｇ/ｍ 2· ｈ,腐蚀速度增加了11.5倍, 即使在0.32ｍ/s这样的低流 条件下,腐蚀速度也增加到原来的3倍,说明介质流动能较 大地增加体系的腐蚀。
案例3 3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢热锻模具淬火开裂原因分析
1 背景 2 检验内容及结果 21 22 原材料化学成分 硬度测定
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断口形貌
(1)宏观检查 (2)断口微观检查
2. 4 3 讨论
显微组织分析
4 结论
1、背景 某厂选用3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢制造热锻模具用于锻造 25钢的齿状零件,模具加工成型后外部尺寸为500ｍｍ ×250ｍｍ×115ｍｍ,模具质量为110ｋｇ。在同一模具上 开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件硬 度偏高,采用ＨＲ150型洛氏硬度计测试硬度为30ＨＲＣ。 为便于加工,该厂将模具进行了一次降低硬度退火,但温度 和时间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理,淬火 加热炉采用箱式电阻炉。为防止氧化,在模具周围填充旧 渗碳剂加以保护。模具淬火时先采用500℃、850℃两次 预热,后经1050℃×4ｈ保温,冷却介质选用Ｎ15号机油。 淬火过程中听到模具开裂声音,随即停止冷却,并放在 630℃回火炉中回火,回火时裂纹继续扩展使模具成为多个 碎块。由于发现模具开裂, 中止继续回火。
2 检验内容及结果
2 1 原材料化学成分 分析在模具上取样,测定模具的化学成分 (质量分数,%) 如下:0 30Ｃ,8 2Ｗ,2 5Ｃｒ,0 35Ｖ,0 32Ｓｉ,0 30Ｍｎ,0 032 Ｓ,0 028Ｐ。与ＧＢ1299—2000(合金工具钢)相比,符合标 准。 2 2 硬度测定 用ＨＲ150洛氏硬度试验机测定锻件的表面硬度为28～30 ＨＲＣ,模具回火后的表层硬度为40～41ＨＲＣ,心部硬度 为47～48ＨＲＣ。
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结果分析
ＳＵＳ304管材化学成分及机械性能均符合有关标准,管壁 未减薄,金相组织也未发现异常.一次失效事故中所有的爆 口和裂纹既不存在于管子的直段也不在管子变形量最大和 炉温最高的下弯头处,而全部集中在变形量不大的小弯头 附近,表明该材料在同一环境下失效与小弯头附近材料的 状况有某种关系.爆口附近及管子内外壁小裂纹的形貌均 为沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物,爆口及裂纹方向与 弯头加工变形方向垂直;尽管经过爆管和试样割取释放了 大部分的内应力,衍射测量中仍可发现试样中存在明显的 应力和应力梯度.可以确定失效的原因是由于应力腐蚀所 致.
对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内 壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵 向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深 谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上 看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产 物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体 冲刷作用。
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腐蚀产物ＸＲＤ分析
从断口表面的电子探针分析结果,致密氧化层表明这种爆 破失效是一缓慢的过程,管子的有关区域有可能在投入运 行之前就存在一些缺陷.经了解, 由于工程进度的原因,这 批管子在安装前已在工地放置了1年多时间,由于工地面 临大海,又属于亚热带地区,空气湿度大,具有形成应力腐 蚀的外部条件;夹持管材料延伸性较好,小角度处转弯较多 但变形量不大.从管子外壁局部区域存在弯管时留下的压 痕可推断弯管时加热温度不足;从试样内应力分析可见管 子弯后热处理不妥导致这一区域的残余应力得不到有效 消除,加上该电厂的特殊地理环境气候条件,使得裂纹沿着 管子拉应力垂直方向开始萌生并逐渐加深,致使投入运行 3000多小时就爆破失效,众多管子几乎在同一时间爆破,而 破口既有由内向外也有由外向内,横向小裂纹管子内外壁 均有,表明腐蚀介质或气氛对管子内外壁的入侵是同时的、 均匀的.
3 金相分析 在爆口附近制备金相试样,晶粒度3～6级,单相奥 氏体,沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物.
4 电子探针检验
断口及管子外表面氧化物成分见表3, 能谱分析发现管 子微裂纹处存在Ｃｌ、Ｓ元素.
5 内应力分析 在小弯头区域取样用衍射仪2θ法进行测量,其结果见表4. Ｆｅ(222)晶面应力常数为586,计算求得σ=164ＭＰａ(压 应力);试验还表明试样存在明显的应力梯度.
(2)断口微观检查
用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察,结 果见图3、4。 从粗晶状断口扫描电镜照片可以看到,断口中有明显 的解,对粗晶状断口、细瓷状断口截取试样,样 品制备后,用4%硝酸酒精溶液短时轻微腐蚀,然后在金相显 微镜下观察。尽管照片中组织不太清晰,可以观察到淬火 前奥氏体晶粒分布情况,见图5。用奥氏体晶粒度评级标准 [2]评定晶粒度等级为6级,粗晶状断口处的晶粒和组织粗 大(图6),晶粒度等级为1级。观察还发现碳化物呈严重的 带状分布,见图8。在细瓷状与粗晶状断口的衔接处存在大 小晶粒不匀的现象。
失效分析案例举例
案例1
0、背景介绍：
油井套管腐蚀
1、套管腐蚀形貌 2、腐蚀产物ＸＲＤ分析
3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析 4、管壁ＳＲＢ分析检测
5、腐蚀试验
6、结论
背景介绍： 中原油田全油田有100多口井套管 腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。 油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。 1 套管腐蚀形貌
不同ＣＯ2分压下, Ｑ235钢在3%ＮａＣｌ溶液中的腐蚀 速度
很明显ＣＯ2压力越高,腐蚀越为严重。
6 结论 (1)复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出 水中ＣＯ2腐蚀作用的结果。 (2)套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、 流体冲刷密切相关。
(3)综合对腐蚀形态特征的观察判断,腐蚀产物的分析,材 质金相非金属夹杂分析,管壁ＳＲＢ检测分析和腐蚀试验 的研究,可以找出套管腐蚀失效的主要原因。
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防治对策
随着火电机组朝着大单机高参数大容量的方向发展,奥氏体不锈钢 材料的大量使用已是发展趋势.在我国,沿海地区近年来大容量机 组安装较多,不锈钢管材失效爆破的事故时有发生,并几乎都是应 力腐蚀所致,一爆就是一大片,对正常生产影响较大.由于地处沿海 地区,特别是南方亚热带气候,控制腐蚀介质或腐蚀气氛的难度较 大,有些生产单位曾寄希望于更换更高档次的材料以求保证机组的 正常运行,以致机组安装及维修的费用增大,造成不必要的浪费.笔 者认为304这种管材是比较成熟的材料,国外已有多年的运行历史. 对氯离子和应力腐蚀比较敏感是奥氏体不锈钢的共同弱点,材料本 身的内应力和外部的腐蚀介质或腐蚀气氛是不锈钢材料应力腐蚀 失效的内因和外因,只要能有效控制就能有效降低其失效几率.沿 海地区的机组除了要加强措施做好防腐工作外,更重要的是要从控 制内因方面着手,制造厂家和安装单位对弯管的不圆度和弯管及焊 接的热处理工艺等方面应严加控制,尽可能减少直至消除管材的残 余应力;使用单位对可疑的管段区域要进行应力检查,发现有异应 进行消除应力处理,发现微裂纹者应尽快更换,便可将事故消灭在 萌芽状态之中.
3 讨论
文献[3,4]介绍3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢是一种压铸模具钢,该钢含有 较多的钨和铬,具有较小的热膨胀系数和较好的耐蚀性。 钨可以增加钢的耐热性,减少回火脆性和热处理变形。由 于该钢的碳含量较低(0 25%～0 40%),使钢具有良好的导 热性和足够的韧性。加入少量的钒可细化晶粒,提高耐磨 性。3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢属于过共析钢,正常淬火组织应为较细 的马氏体、残留奥氏体和少量的粒状碳化物。若淬火温 度过高,则得到粗大马氏体。图4所示模具断口心部呈粗晶 状断口形貌,有脆性解理断裂特征。 图6的金相组织表明,奥氏体晶粒粗大,马氏体粗大,属于明 显的过热现象。但模具表层细瓷状断口(图2、3)和细小晶 粒(图5),属于正常的淬火组织。分析认为:厂方在加工模具 时,发现锻件的硬度偏高,曾经进行一次降低硬度退火,但退 火保温时间不够,仅使表层重结晶细化,因此出现了表层的 细晶粒和细瓷状断口。
取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线 衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ3和ＣａＣＯ3, 夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸 盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ2腐蚀有关。 3 油套管材质的金相和非金属夹杂分析
采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面 分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形 暗灰色颗粒为 Ａｌ2Ｏ3, 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ 2Ｏ3和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口 面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＳ为主,分 散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明, 随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在 逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、 碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。