失效案例分析

《失效案例分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、工程材料失效分析姓名：丁静学号：201421803012案例一乙烯裂解炉炉管破裂原因分析某石化公司化工一厂裂解车间CBL一Ⅲ型乙烯裂解炉于1998年9月投入运行，1999年4月检查发现一根裂解炉管发生泄漏。为查明炉管泄漏原因，对失效炉管进行了综合分析。CBL一Ⅲ型乙烯裂解炉炉管工作温度为1050～llOO℃，材质化学成分（质量分数）为0.35~0.60%C;1.0%~2.0%Si;1.O%~1.50%Mn;33%~38%Ni;23%~28%Cr及微量Nb.Ti.Zr等。宏观观察失效炉管表面可以看出，泄漏部位炉管内、外壁均有两个孔坑，两个孔坑在内、外表面相

2、互对应，孔坑边缘金属略有凸起，呈火山口状。仔细观察发现，在内壁两个孔坑附近表面有一约3mmxlmm凸棱，凸棱略高于附近炉管表面（图11-1、图11-2）。化学成分分析结果表明，失效炉管化学成分符合厂家技术要求。金相检查结果表明，失效炉管显微组织基体为奥氏体，晶界分布有骨架状碳化物，晶内和晶界分布有一定数量的颗粒状碳化物（图11-3）。能谱分析结果表明，这些颗粒状碳化物为Nb.Zr.Ti或Cr的碳化物。晶界分布的骨架状碳化物系以铬为主的碳化物。首先，采用扫描电镜观察了泄漏部位炉管内、外表面的放大形貌，观察发现，所有孔坑均存在白亮色块状物。通常，不导电的非金

3、属氧化物或金属氧化物在电子束作用下因积累电荷而呈白亮色。能谱分析结果表明，白亮色块状物含有很高的稀土铈。分析认为，白亮色块状物为稀土氧化物。在泄漏部位，分别在内壁凸棱和孔坑两处，垂直于内表面制备了炉管横截面金相试样。可以看出，不论是凸棱对应部位，还是炉管内、外表面两个孔坑之间，炉管横截面均分布有宏观深灰色金属夹杂物，夹杂物在内、外表面两个孔坑之间连续贯通（图11-4）。在扫描电镜下进一步观察、分析结果表明，两个横截面深灰色区域同样是稀土铈的氧化物（图11-5）。采用微型拉伸试样，对失效炉管进行了1100℃短时高温拉伸试验，其结果如表11-1所示。可以看出

4、，失效炉管1100℃高温短时拉伸性能低于厂家相关技术要求。失效炉管显微组织为奥氏体，晶界分布有骨架状碳化物，晶内和晶界分布有一定数量的颗粒状碳化物。这种骨架状碳化物是铸件在缓慢的冷却速度下通过奥氏体温度范围时形成的，这种组织会降低逐渐的塑性和韧性。炉管在高温下长期运行，材质受到严重损伤，材料的微观组织恶化，碳化物会发生严重粗化，使得炉管的高温持久性能下降。因为在热处理时没有消除这些骨架状碳化物和颗粒状碳化物，炉管中出现的少量气孔组织会集中在碳化物的位置上形成裂纹，或者工作应变疲劳裂纹会沿着晶界碳化物发展，造成整块的沿晶剥落，出现了图中的孔坑。失效炉管的泄

5、露部位内、外孔坑处存在稀土氧化物。这种稀土夹杂物聚集在晶界处，造成夹杂物与集体之间界面处的应力集中。晶界处聚集的稀土氧化物割裂了材料的连续性，最终在晶界处剥落失效。浇注中不可避免的会形成夹杂，该炉管成分中的锰含量过高，高温作业时形成锰的氧化物，锰的氧化物容易形成形核的质点，稀土的活性很大，会有部分稀土逐渐吸附到锰的氧化物上形成稀土夹杂物。夹杂物偏聚在晶界附近导致了炉管的失效，夹杂物的存在改变了晶界原有的特性，其断裂往往起始于这些地方，最终导致材料力学性能的下降。这也解释了炉管在高温拉伸性能低于厂家要求的现象。因此得出结论认为炉管的失效原因是浇注冷却时形成

6、的晶界碳化物网状结构和在晶界分布的稀土夹杂物。因此需要对炉管进行适当的热处理，例如正火后回火消除网状组织。对于稀土夹杂物应该改善稀土夹杂物的形态，使其大部分呈现球状，还是需要调整材料的成分，改善稀土夹杂物的形貌。案例二汽轮机末级叶片断裂原因分析某电厂2号发电机组运行一年半后出现低真空，负荷降至22万kW，系统电压明显降低，随即甩掉负荷。重新启动电源泵不能工作。经化验，复水器水质硬度偏高，凝结器大量漏水。进一步检查发现，有20根铜管发生泄漏，采取措施后复水器仍然泄漏。停机开缸检查发现，汽轮机两支末级叶片断裂，另有67支叶片发生了不同程度磨损、变形。末级隔板

7、复环汽封全部损坏。为查明末级叶片断裂性质及其成因，对故障件进行了综合分析。该电厂2号机系300MW汽轮发电机组，其蒸发量为970t/h，入口蒸汽温度为535℃，蒸汽压力为17.35Mpa。该机组投产后工作一直断续运行，至一年半后出现故障，共启停64次，累计运行3315h。汽轮机末级叶片共94片，材质为2Cr11NiMoV耐热钢。叶片工作部分高度为844.55mm。进气侧叶刃自顶部向下嵌焊265mm×16mm×1.6mmStellite合金片，采用Inconel82焊丝将合金片边缘与叶片焊接。送检末级叶片断裂位置距顶端265mm。断落部分因受其他叶片碰撞、

8、挤压已发生严重塑性变形及碰伤。所包嵌的Stellite合金片已全部剥落，只剩下两