2025年承壓設(shè)備損傷模式識別試題和答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種損傷模式屬于“環(huán)境損傷”范疇？A.機(jī)械疲勞B.高溫蠕變C.應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）D.沖蝕磨損2.某石化廠液氨儲罐（材質(zhì)Q345R，操作壓力1.6MPa，溫度30℃）運(yùn)行5年后，內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)沿焊縫分布的細(xì)裂紋，裂紋形態(tài)為穿晶型，無明顯塑性變形。最可能的損傷模式是？A.氫鼓包（HB）B.硫化物應(yīng)力腐蝕（SSCC）C.液氨應(yīng)力腐蝕（ASCC）D.晶間腐蝕3.高溫高壓蒸汽管道（材質(zhì)12Cr1MoVG，長期運(yùn)行溫度540℃）的典型損傷模式是？A.點(diǎn)蝕B.蠕變C.氫致開裂（HIC）D.微動磨損4.以下哪種檢測方法對“奧氏體不銹鋼晶間腐蝕”最敏感？A.超聲波檢測（UT）B.磁粉檢測（MT）C.滲透檢測（PT）D.金相顯微鏡檢查（微觀組織分析）5.關(guān)于“沖刷腐蝕”的描述，錯誤的是？A.損傷程度與介質(zhì)流速正相關(guān)B.常發(fā)生于彎頭、三通等流速突變區(qū)域C.碳鋼在含砂原油中比不銹鋼更易發(fā)生D.損傷表面光滑，無腐蝕產(chǎn)物堆積6.某化肥廠合成氨裝置中的高壓換熱器（介質(zhì)含H?、N?、NH?，操作壓力15MPa，溫度450℃），其管束（材質(zhì)20鋼）內(nèi)壁出現(xiàn)沿晶裂紋，裂紋內(nèi)有黑色腐蝕產(chǎn)物（主要成分為Fe?C分解產(chǎn)物）。最可能的損傷機(jī)理是？A.氫腐蝕（脫碳）B.應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）C.液態(tài)金屬脆化（LME）D.堿脆7.以下哪種材料組合最易發(fā)生電偶腐蝕？A.304不銹鋼與Q235B碳鋼（介質(zhì)為海水）B.銅合金與鋁合金（介質(zhì)為淡水）C.鈦合金與鎳基合金（介質(zhì)為硝酸）D.純鋁與純銅（介質(zhì)為干燥空氣）8.關(guān)于“疲勞損傷”的特征，正確的是？A.裂紋擴(kuò)展區(qū)無明顯條紋（貝紋線）B.多發(fā)生于低應(yīng)力、高循環(huán)工況C.與材料表面粗糙度無關(guān)D.斷口呈脆性特征，無宏觀塑性變形9.某液化石油氣（LPG）儲罐（材質(zhì)16MnDR，操作溫度-40℃）定期檢驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)封頭過渡區(qū)存在穿透性裂紋，裂紋走向與主應(yīng)力垂直，斷口呈結(jié)晶狀。最可能的損傷模式是？A.低溫脆性斷裂B.應(yīng)力腐蝕開裂C.腐蝕疲勞D.氫脆10.以下哪種損傷模式的主要誘因是“材料中殘余應(yīng)力未消除”？A.高溫氧化B.堿脆（苛性脆化）C.磨蝕D.空泡腐蝕二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯選不得分）1.影響“應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）”的關(guān)鍵因素包括：A.材料的化學(xué)成分與組織B.環(huán)境中的特定腐蝕介質(zhì)（如Cl?、OH?）C.拉應(yīng)力水平（包括殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力）D.介質(zhì)溫度2.以下屬于“氫損傷”的模式有：A.氫鼓包（HB）B.氫致開裂（HIC）C.氫脆（HE）D.氫腐蝕（HC）3.高溫工況下（＞400℃）承壓設(shè)備的典型損傷模式包括：A.蠕變B.高溫氧化C.碳化物球化D.應(yīng)力松弛4.關(guān)于“腐蝕疲勞”與“應(yīng)力腐蝕開裂”的區(qū)別，正確的是：A.腐蝕疲勞需要循環(huán)應(yīng)力，而SCC只需靜態(tài)拉應(yīng)力B.腐蝕疲勞的裂紋多為多條平行分布，SCC常為單條主裂紋C.腐蝕疲勞對介質(zhì)無嚴(yán)格選擇性，SCC需特定介質(zhì)D.腐蝕疲勞斷口可見疲勞條紋，SCC斷口無明顯條紋5.檢測“奧氏體不銹鋼Cl?應(yīng)力腐蝕裂紋”的有效方法包括：A.渦流檢測（ET）B.磁粉檢測（MT）C.滲透檢測（PT）D.射線檢測（RT）三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述“氫損傷”的主要類型及其機(jī)理差異。2.分析“高溫蠕變”的三階段特征，并說明其對承壓設(shè)備壽命評估的意義。3.列舉5種常見的“局部腐蝕”損傷模式，并分別說明其典型發(fā)生部位。4.對比“點(diǎn)蝕”與“縫隙腐蝕”的異同點(diǎn)。5.說明“應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）”的形成條件及與普通氫致開裂（HIC）的區(qū)別。四、案例分析題（25分）某煉油廠常減壓裝置中的減壓塔底重沸器（介質(zhì)為350℃含硫原油+水蒸氣，操作壓力0.8MPa），管束材質(zhì)為20鋼，殼程為循環(huán)冷卻水（含Cl?約500mg/L）。運(yùn)行3年后，管束入口端（介質(zhì)流速約15m/s）出現(xiàn)局部減薄，減薄區(qū)域呈溝槽狀，表面有黑色腐蝕產(chǎn)物（主要成分為FeS）；同時，殼程筒體（材質(zhì)Q345R）與換熱管連接處的角焊縫附近發(fā)現(xiàn)沿晶裂紋，裂紋內(nèi)有Cl?富集。問題：1.分析管束入口端減薄的可能損傷模式及機(jī)理。（8分）2.分析殼程角焊縫裂紋的可能損傷模式及誘因。（8分）3.提出針對該設(shè)備的檢測重點(diǎn)及預(yù)防措施。（9分）試題答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.答案：C解析：環(huán)境損傷指材料在環(huán)境介質(zhì)作用下發(fā)生的退化，應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）需特定介質(zhì)（如Cl?、OH?）與拉應(yīng)力共同作用，屬于環(huán)境損傷；機(jī)械疲勞（A）由循環(huán)應(yīng)力引起，高溫蠕變（B）由高溫下持續(xù)應(yīng)力引起，沖蝕磨損（D）由機(jī)械沖刷與腐蝕協(xié)同作用，均不屬于單純環(huán)境損傷。2.答案：C解析：液氨儲罐（Q345R）在常溫下，液氨（無水或低水）會與鋼中的應(yīng)力（如焊接殘余應(yīng)力）共同作用引發(fā)液氨應(yīng)力腐蝕（ASCC），裂紋多為穿晶型；氫鼓包（A）由氫分子在缺陷處聚集形成，裂紋呈平行于表面的鼓泡；硫化物應(yīng)力腐蝕（B）需H2S介質(zhì)；晶間腐蝕（D）多發(fā)生于奧氏體不銹鋼或敏化處理的碳鋼，裂紋沿晶界擴(kuò)展。3.答案：B解析：12Cr1MoVG是珠光體耐熱鋼，長期在540℃（接近其許用溫度上限）運(yùn)行時，高溫下材料會發(fā)生蠕變（晶界滑移、空洞聚集），導(dǎo)致變形或斷裂；點(diǎn)蝕（A）為局部腐蝕，常見于含Cl?環(huán)境；氫致開裂（C）需氫原子滲透，多見于含H2介質(zhì)；微動磨損（D）由接觸表面微小振動引起，與高溫?zé)o直接關(guān)聯(lián)。4.答案：D解析：晶間腐蝕是沿晶界的選擇性腐蝕，微觀組織分析（如硝酸-氫氟酸侵蝕后的金相觀察）可直接觀察晶界腐蝕程度；超聲波檢測（A）主要檢測內(nèi)部缺陷；磁粉（B）、滲透（C）檢測表面或近表面裂紋，但無法判斷是否為晶間腐蝕機(jī)制。5.答案：D解析：沖刷腐蝕是流體沖刷與腐蝕協(xié)同作用，損傷表面常呈溝槽、波紋狀，可能有腐蝕產(chǎn)物堆積（如FeS）；流速越高（A正確），彎頭、三通（B正確）因流速突變易發(fā)生；碳鋼耐沖刷腐蝕性能低于不銹鋼（C正確）。6.答案：A解析：高壓H2環(huán)境中（450℃、15MPa），20鋼中的Fe3C與H2反應(yīng)生成CH4（脫碳），導(dǎo)致晶界裂紋（氫腐蝕），裂紋內(nèi)黑色產(chǎn)物為脫碳后的組織；SOHIC（B）需拉應(yīng)力與H原子，裂紋沿夾雜物擴(kuò)展；液態(tài)金屬脆化（C）需液態(tài)金屬接觸；堿脆（D）需高濃度OH?介質(zhì)。7.答案：A解析：電偶腐蝕需兩種電位差大的金屬在電解質(zhì)中接觸。304不銹鋼（電位高）與Q235B碳鋼（電位低）在海水（電解質(zhì)）中形成電偶，碳鋼作為陽極加速腐蝕；銅合金與鋁合金（B）電位差較??；鈦、鎳基合金（C）在硝酸中鈍化，電位接近；干燥空氣（D）無電解質(zhì)，不發(fā)生電偶腐蝕。8.答案：B解析：疲勞損傷多發(fā)生于低應(yīng)力、高循環(huán)工況（如泵出口管道的振動）；裂紋擴(kuò)展區(qū)可見貝紋線（A錯誤）；表面粗糙度高會加劇應(yīng)力集中（C錯誤）；斷口可能有疲勞源區(qū)（光滑）與瞬斷區(qū)（粗糙），宏觀可能有塑性變形（D錯誤）。9.答案：A解析：16MnDR是低溫鋼（-40℃下使用），若操作溫度接近其脆性轉(zhuǎn)變溫度（NDT），在殘余應(yīng)力或外部應(yīng)力下可能發(fā)生低溫脆性斷裂，斷口呈結(jié)晶狀（解理斷裂）；應(yīng)力腐蝕（B）需特定介質(zhì)；腐蝕疲勞（C）需循環(huán)應(yīng)力；氫脆（D）需氫原子滲透，LPG中氫含量低。10.答案：B解析：堿脆（苛性脆化）需高濃度NaOH溶液、拉應(yīng)力（如焊接殘余應(yīng)力未消除）和高溫（＞150℃），常見于鍋爐汽包；高溫氧化（A）由高溫與O2反應(yīng)引起；磨蝕（C）由機(jī)械磨損與腐蝕協(xié)同；空泡腐蝕（D）由流體空泡破裂沖擊引起。二、多項(xiàng)選擇題1.答案：ABCD解析：SCC需材料（如奧氏體不銹鋼對Cl?敏感）、特定介質(zhì)（Cl?、OH?等）、拉應(yīng)力（工作應(yīng)力或殘余應(yīng)力）和溫度（如Cl?SCC多在60℃以上）共同作用。2.答案：ABCD解析：氫損傷包括氫鼓包（HB，氫分子在缺陷聚集）、氫致開裂（HIC，氫原子在夾雜物界面聚集形成裂紋）、氫脆（HE，氫原子降低材料塑性）、氫腐蝕（HC，H2與碳化物反應(yīng)脫碳）。3.答案：ABCD解析：高溫（＞400℃）下，承壓設(shè)備可能發(fā)生蠕變（材料緩慢變形）、高溫氧化（與O2反應(yīng)生成氧化皮）、碳化物球化（珠光體球化導(dǎo)致強(qiáng)度下降）、應(yīng)力松弛（彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形，應(yīng)力降低）。4.答案：ABCD解析：腐蝕疲勞需循環(huán)應(yīng)力（A正確），裂紋多條平行（B正確），介質(zhì)無選擇性（如海水、酸液均可）（C正確），斷口有疲勞條紋（D正確）；SCC需靜態(tài)拉應(yīng)力，單條主裂紋，特定介質(zhì)，斷口無明顯條紋。5.答案：AC解析：奧氏體不銹鋼無磁性，磁粉檢測（B）無效；Cl?應(yīng)力腐蝕裂紋多為表面或近表面微裂紋，渦流檢測（ET）可檢測表面缺陷，滲透檢測（PT）可顯示表面開口裂紋；射線檢測（RT）對微裂紋不敏感（D錯誤）。三、簡答題1.氫損傷的主要類型及機(jī)理差異氫損傷分為四類：（1）氫鼓包（HB）：氫原子滲入材料后，在內(nèi)部缺陷（如夾雜物、氣孔）處結(jié)合為氫分子（H?），因無法擴(kuò)散而聚集形成高壓，導(dǎo)致材料表面鼓泡。主要發(fā)生在低強(qiáng)度鋼，與材料內(nèi)部缺陷密度相關(guān)。（2）氫致開裂（HIC）：氫原子在鋼中沿非金屬夾雜物（如MnS）與基體的界面聚集，形成微裂紋并連接成階梯狀裂紋。無需外加應(yīng)力，主要與鋼的純凈度（夾雜物含量）和氫濃度有關(guān)。（3）氫脆（HE）：氫原子進(jìn)入材料晶格后，降低材料的塑性和韌性，導(dǎo)致在低應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂。需外加應(yīng)力，且與應(yīng)變速率相關(guān)（慢速加載更易發(fā)生）。（4）氫腐蝕（HC）：高溫高壓氫環(huán)境中，氫原子與鋼中的碳化物（如Fe?C）反應(yīng)生成甲烷（CH?），導(dǎo)致脫碳和晶界裂紋。需高溫（＞200℃）和高壓H?，屬于不可逆損傷。2.高溫蠕變的三階段特征及壽命評估意義蠕變分為三個階段：（1）初始蠕變（第一階段）：應(yīng)變速率隨時間遞減，材料發(fā)生加工硬化，與位錯運(yùn)動受阻有關(guān)。（2）穩(wěn)態(tài)蠕變（第二階段）：應(yīng)變速率恒定，加工硬化與動態(tài)回復(fù)達(dá)到平衡，此階段時間最長，是壽命評估的關(guān)鍵階段。（3）加速蠕變（第三階段）：應(yīng)變速率遞增，晶界空洞聚集、裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。壽命評估意義：通過穩(wěn)態(tài)蠕變階段的應(yīng)變速率可預(yù)測設(shè)備剩余壽命（如Larson-Miller參數(shù)法）；監(jiān)測第三階段的起始點(diǎn)可提前預(yù)警斷裂風(fēng)險(xiǎn)，避免突發(fā)失效。3.5種局部腐蝕損傷模式及典型部位（1）點(diǎn)蝕：金屬表面局部區(qū)域的小孔狀腐蝕，常見于含Cl?環(huán)境（如海水冷卻器管束）。（2）縫隙腐蝕：狹窄縫隙內(nèi)（如墊片、螺栓連接處）因介質(zhì)滯留、氧濃差電池引起的腐蝕，典型部位為換熱器管板與管子的脹接處。（3）晶間腐蝕：沿晶界的選擇性腐蝕，常見于敏化處理的奧氏體不銹鋼（如焊接熱影響區(qū)）。（4）電偶腐蝕：兩種電位不同的金屬接觸處的腐蝕，如不銹鋼與碳鋼的法蘭連接部位。（5）應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）：特定介質(zhì)與拉應(yīng)力共同作用下的裂紋，如液氨儲罐的焊接熱影響區(qū)。4.點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：均為局部腐蝕，需電解質(zhì)環(huán)境，常發(fā)生于含Cl?介質(zhì)，腐蝕產(chǎn)物可能加速腐蝕（自催化）。不同點(diǎn)：（1）發(fā)生條件：點(diǎn)蝕無明顯幾何縫隙，由材料表面缺陷（如氧化膜破壞）引發(fā)；縫隙腐蝕需狹窄縫隙（寬度0.025-0.1mm），因介質(zhì)滯留導(dǎo)致氧濃差。（2）形態(tài)特征：點(diǎn)蝕為深孔狀（深徑比＞1），縫隙腐蝕為大面積減?。ㄉ顝奖龋?）。（3）敏感材料：點(diǎn)蝕多見于鈍化金屬（如不銹鋼、鋁）；縫隙腐蝕對非鈍化金屬（如碳鋼）也可發(fā)生。5.SOHIC的形成條件及與HIC的區(qū)別形成條件：（1）鋼中存在氫原子（如濕H2S環(huán)境）；（2）拉應(yīng)力（殘余應(yīng)力或工作應(yīng)力）；（3）鋼中存在沿軋制方向的非金屬夾雜物（如MnS）。與HIC的區(qū)別：（1）應(yīng)力條件：HIC無需外加應(yīng)力，僅由氫壓驅(qū)動；SOHIC需拉應(yīng)力（應(yīng)力導(dǎo)向）。（2）裂紋形態(tài)：HIC為階梯狀裂紋（沿夾雜物分層擴(kuò)展）；SOHIC為垂直于拉應(yīng)力的裂紋（穿層擴(kuò)展），常連接多個HIC裂紋。（3）材料要求：HIC多見于低強(qiáng)度鋼；SOHIC對鋼的強(qiáng)度無嚴(yán)格要求，但需較高的殘余應(yīng)力（如焊接結(jié)構(gòu)）。四、案例分析題1.管束入口端減薄的損傷模式及機(jī)理可能損傷模式：沖刷腐蝕（沖蝕）。機(jī)理：（1）介質(zhì)流速高（15m/s）：高速含硫原油+水蒸氣沖刷管束入口端，破壞金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜（如FeS）。（2）腐蝕協(xié)同作用：原油中的H2S與Fe反應(yīng)生成FeS（黑色腐蝕產(chǎn)物），但高速流體持續(xù)沖刷去除FeS膜，暴露新鮮金屬表面，加速腐蝕。（3）局部流速突變：入口端為介質(zhì)進(jìn)入管束的收縮區(qū)域，流速進(jìn)一步增大，沖刷作用增強(qiáng)，導(dǎo)致溝槽狀減薄。2.殼程角焊縫裂紋的損傷模式及誘因可能損傷模式：Cl?應(yīng)力腐蝕開裂（