《材料成型檢測(cè)技術(shù)》案例1—焊管失效分析CONTENTS目錄01背景介紹02試驗(yàn)方法03試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果04結(jié)論及建議背景介紹PARTONE（一）12Cr1MoVG合金鋼管一、背景介紹12Cr1MoVG合金鋼管是一種廣泛應(yīng)用于化工工業(yè)、石油化工冶金等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。由于其良好的耐高溫、耐高壓以及耐腐蝕性能，它常被用于制造各種工業(yè)管道、化工管道、石油管道等。特別是在電站鍋爐中，被廣泛應(yīng)用于過(guò)熱器、再熱器等關(guān)鍵部位，其性能的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐的安全運(yùn)行。一、背景介紹a)壁厚方向b)焊縫表面a)粗晶區(qū)b)細(xì)晶區(qū)圖1主蒸汽管道裂紋處宏觀形貌圖3裂紋處SEM形貌01失效形式：焊縫開(kāi)裂、管道破裂、變形等。02導(dǎo)致設(shè)備的停機(jī)維修，增加生產(chǎn)成本，可能引發(fā)安全事故，對(duì)人員和環(huán)境造成威脅。03因此對(duì)12Cr1MoVG焊管失效進(jìn)行深入研究，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)于保障設(shè)備的安全運(yùn)行、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。試驗(yàn)方法PARTTWO0201二、試驗(yàn)方法對(duì)某12Cr1MoVG管道在工作144小時(shí)后焊縫處出現(xiàn)周向裂紋進(jìn)行相關(guān)失效分析。管件使用環(huán)境：管內(nèi)100℃~144℃的二元鹽（硝酸鈉45%和硝酸鉀55%）水溶液，管外100℃~400℃煙氣。通過(guò)對(duì)焊管焊縫裂紋表面宏觀及微觀形貌、斷口和腐蝕產(chǎn)物分析、金相和硬度檢測(cè)等，研究裂紋性質(zhì)和開(kāi)裂原因。試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果PARTTHREE（一）焊縫內(nèi)外壁裂紋處形貌三、試驗(yàn)方法與過(guò)程觀察內(nèi)外壁焊縫裂紋附近表面，外壁整體呈嚴(yán)重腐蝕的紅褐色，表面覆蓋有較厚的腐蝕產(chǎn)物；內(nèi)壁焊縫處褐色腐蝕產(chǎn)物較厚，焊縫未焊透，有錯(cuò)邊，裂紋位置焊縫余高略高于周?chē)缚p，有補(bǔ)焊痕跡。內(nèi)壁表面與外壁相比腐蝕程度較輕，局部有紅褐色銹斑。焊縫外壁表面焊縫內(nèi)壁表面（二）斷口形貌分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程宏觀斷口可見(jiàn)撕裂棱線收斂于外壁表面，呈點(diǎn)源、多源特征，可知裂紋起源于外壁。內(nèi)壁近表面可見(jiàn)多處未焊透區(qū)域。（二）斷口形貌分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程觀察斷口的微觀形貌，將源區(qū)放大可見(jiàn)裂紋均起源于外壁表面點(diǎn)蝕坑，近表面和擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)沿晶開(kāi)裂特征，晶粒較為粗大。裂紋源1及附近擴(kuò)展區(qū)微觀形貌裂紋源2及附近擴(kuò)展區(qū)微觀形貌裂紋源3及附近擴(kuò)展區(qū)微觀形貌（三）管件內(nèi)外壁形貌及能譜分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程將焊縫裂紋內(nèi)外壁腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析：均含有大量的Fe和O元素；針對(duì)Mn、P、S元素含量的分布：外壁明顯更多，外壁腐蝕產(chǎn)物均含有P、S，而內(nèi)壁則不含P、S。外壁內(nèi)壁（四）斷口形貌及能譜分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程裂紋經(jīng)過(guò)拉斷獲得斷口，斷面腐蝕嚴(yán)重，呈紅褐色。斷口拉斷處有明顯的塑性變形，呈灰白色。宏觀斷口在掃描電鏡中觀察：斷口表面覆蓋有較厚的腐蝕產(chǎn)物。與內(nèi)外壁表面腐蝕產(chǎn)物成分相比，均含有大量的Fe和O元素，針對(duì)Mn、P、S元素含量的分布：外壁和斷面處腐蝕產(chǎn)物均含有S，而內(nèi)壁則不含P、S。斷面形貌及能譜分析人工斷口為過(guò)載斷裂的韌窩形貌。人工斷口（五）金相分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程裂紋金相取樣位置沿白色虛線方向取樣，制備焊縫金相截面試樣并觀察，焊縫未見(jiàn)氣孔和未熔合，內(nèi)壁側(cè)有未焊透部分，低倍可見(jiàn)焊縫晶粒粗大。（五）金相分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程按標(biāo)準(zhǔn)GB/T10561-2005，在焊縫和母材中均見(jiàn)1級(jí)D類(lèi)夾雜。焊縫組織粗大，按GB/T6394-2017評(píng)定焊縫組織晶粒度為2.0級(jí)。非金屬夾雜評(píng)級(jí)焊縫顯微組織母材顯微組織（五）金相分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程熱影響區(qū)組織為鐵素體+珠光體+貝氏體；母材組織為鐵素體+珠光體，按GB/T6394-2017評(píng)定母材晶粒度為8.0級(jí)。母材存在脫碳，內(nèi)壁表面脫碳層厚度約0.35mm，外壁表面脫碳層厚度約0.20mm。熱影響區(qū)顯微組織母材顯微組織內(nèi)表面脫碳層外表面脫碳層（五）金相分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程斷面沿白色虛線方向取樣，制備金相截面試樣并觀察。開(kāi)裂部位近表面仍存在微觀裂紋，裂紋沿晶界分布，存在多處分叉現(xiàn)象，末端尖銳。腐蝕態(tài)拋光態(tài)（五）金相分析三、試驗(yàn)方法與過(guò)程開(kāi)裂部位近表面仍存在微觀裂紋，裂紋沿晶界分布，存在多處分叉現(xiàn)象，末端尖銳。斷口近表面組織為粒狀貝氏體+塊狀鐵素體+少量沿晶界分布的條狀鐵素體，晶粒較為粗大。拋光態(tài)腐蝕態(tài)斷口近表面形貌（六）硬度及殘余應(yīng)力檢測(cè)三、試驗(yàn)方法與過(guò)程對(duì)管道的焊縫、熱影響區(qū)、母材進(jìn)行硬度HV0.2檢測(cè)，其中，母材區(qū)域硬度最低，焊縫硬度最高。另外，對(duì)焊縫斷裂處進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，結(jié)果顯示焊縫斷裂處為205.32±25.1MPa，為明顯的拉應(yīng)力。顯微硬度HV0.2結(jié)果結(jié)論及建議PARTFOUR四、結(jié)論及建議01裂紋起源于外壁點(diǎn)蝕區(qū)，從管道焊縫的外壁萌生，沿徑向向內(nèi)壁擴(kuò)展，斷面垂直于管件軸向,源區(qū)和斷面附近的微觀裂紋均可見(jiàn)沿晶界開(kāi)裂特征，晶粒尺寸較為粗大。管件內(nèi)外壁和斷面腐蝕產(chǎn)物基本一致，主要為Fe和O元素。02焊縫外壁近表面存在較多點(diǎn)蝕坑，焊縫未見(jiàn)孔穴及未融合，內(nèi)壁側(cè)有未焊透部分，存在錯(cuò)邊，低倍可見(jiàn)焊縫晶粒粗大。開(kāi)裂部位近表面仍存在微觀裂紋，裂紋沿晶界分布，存在多處分叉現(xiàn)象，末端尖銳，裂紋性質(zhì)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。03根據(jù)國(guó)內(nèi)外焊管焊縫的使用經(jīng)驗(yàn)，如規(guī)范焊接工藝，焊后對(duì)焊縫進(jìn)行去應(yīng)力處理等，可有效避免類(lèi)似失效事件的再次發(fā)生?！恫牧铣尚蜋z測(cè)技術(shù)》案例2--鋼板開(kāi)裂原因分析CONTENTS目錄01背景介紹02實(shí)驗(yàn)方法03實(shí)驗(yàn)過(guò)程背景介紹PARTONE（一）N08028板材背景介紹01.N08028合金板材一、背景介紹N08028合金板材在能源領(lǐng)域，海洋工程，等方面都有廣泛的應(yīng)用，該材料具有超低碳鐵鎳基特性，以及耐腐蝕性能，特別適用在嚴(yán)苛腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期工作。（一）N08028板材背景介紹02.來(lái)樣備注一、背景介紹板材工藝流程為：真空感應(yīng)熔煉→電渣重熔→鍛造→板坯修磨→熱軋→固溶（室溫下隨爐升溫至1130℃保溫30分鐘水冷）→校平→固溶→校平→切邊→酸洗→卷板（開(kāi)裂）。板材制作過(guò)程中至固溶均正常，固溶入水后彎曲不平比較嚴(yán)重，經(jīng)兩次校平仍未完全校平。板材在卷制過(guò)程中出現(xiàn)裂紋。實(shí)驗(yàn)方法PARTTWO二、實(shí)驗(yàn)方法分析內(nèi)容實(shí)驗(yàn)方法宏觀形貌觀察肉眼和放大鏡微觀形貌觀察JB/T6842-1993《掃描電子顯微鏡試驗(yàn)方法》形貌觀察GB/T17359-2012《微束分析

能譜法定量分析》化學(xué)成分分析P：NACIS/CH011:2013;Cr:MACIS/CH116:2013;S,C:ASTME1019-2011;Cu,Mo,Mn:NACIS/CH008:2013;Si:NACIS/CH009:2013;Ni:NACISH048:2013拉伸性能分析ASTME8M-04金相分析高倍組織GB/T13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》實(shí)驗(yàn)過(guò)程PARTTHREE三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（一）宏觀形貌分析01.N08028板材試樣宏觀形貌如圖所示可見(jiàn)，N08028板材垂直于軋向和卷板方向開(kāi)裂，裂紋起始于一側(cè)邊緣，橫向向另一側(cè)邊緣擴(kuò)展。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（一）宏觀形貌分析02.取下后的斷口宏觀形貌如圖斷口平坦，呈灰色，起裂于卷板外側(cè)邊緣的角部，呈“人”字形向?qū)?cè)及另一邊緣擴(kuò)展。斷口邊緣未見(jiàn)明顯大尺寸塑性變形。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（二）微觀斷口及能譜分析01.微觀斷口將取下后的斷口經(jīng)超聲波清洗后在掃描電鏡下觀察。可見(jiàn)，起裂源位于卷板外側(cè)邊緣角部。該處為張應(yīng)力最大位置，起裂源區(qū)存在擠壓變形，源區(qū)及擴(kuò)展區(qū)斷口均為準(zhǔn)解理斷口形貌，未見(jiàn)大尺寸夾雜物及其他異常材料。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（二）微觀斷口及能譜分析02.能譜分析經(jīng)能譜分析顯示，主要為Fe、Cr、Ni、Mo、C等元素。部分位置表面存在Al元素嵌入。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（三）材料化學(xué)成分分析從板材上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表所示。表中同時(shí)給出了ASTMB709-17中N08028的化學(xué)成分規(guī)范要求。可見(jiàn)，板材的化學(xué)成分滿足規(guī)范要求?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果（Wt%）CSiMnPSCrNiMoCu板材0.00050.321.040.0270.000527.2431.83.420.91N08028≤0.030≤1.00≤2.50≤0.030≤0.03026.0~28.030.0~34.03.0~4.00.6~1.4三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（四）材料力學(xué)性能測(cè)試從板材裂紋附近、遠(yuǎn)離開(kāi)裂位置制取板狀拉伸試樣，進(jìn)行材料力學(xué)性能測(cè)試。可見(jiàn)，兩位置試樣抗拉強(qiáng)度及規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，但斷后伸長(zhǎng)率均遠(yuǎn)低于規(guī)范要求?？估瓘?qiáng)度Rm（MPa）規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2（MPa）斷后伸長(zhǎng)率A（%）送檢開(kāi)裂板材9855825.5遠(yuǎn)離裂紋位置77438625.0開(kāi)裂鋼板固溶處理65631045.0固溶試樣64031442.0N08028的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求≥500≥214≥40三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（五）剖面金相分析從裂紋邊部、遠(yuǎn)離裂紋位置及未卷板試樣分別制取金相試樣，經(jīng)打磨拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察，可見(jiàn)基體組織為奧氏體+析出相組織，碳化物沿晶界析出，源區(qū)、裂紋周?chē)拔淳戆褰M織未見(jiàn)明顯區(qū)別。源區(qū)裂紋位置01.三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（五）剖面金相分析從裂紋邊部、遠(yuǎn)離裂紋位置及未卷板試樣分別制取金相試樣，經(jīng)打磨拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察，可見(jiàn)基體組織為奧氏體+析出相組織，碳化物沿晶界析出，源區(qū)、裂紋周?chē)拔淳戆褰M織未見(jiàn)明顯區(qū)別。未卷板試樣01.從板材上取樣進(jìn)行1130℃固溶處理，固溶處理后的試樣經(jīng)打磨拋光腐蝕后在光學(xué)顯微鏡下觀察，為孿晶奧氏體組織，材料中析出相很少。02.三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（五）剖面金相分析三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（五）剖面金相分析03.檢驗(yàn)非金屬夾雜物制取縱截面金相試樣，檢驗(yàn)非金屬夾雜物。式樣原號(hào)非金屬夾雜物（級(jí)）ABCDDS粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)送檢板材00000000.50非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果討論01.送檢N08028板材的化學(xué)成分，抗拉強(qiáng)度和塑性延伸強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求，但斷后伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)低于規(guī)范要求。討論02.鋼板開(kāi)裂位置金相組織與其它位置無(wú)明顯差異也未見(jiàn)其它異常缺陷，不過(guò)開(kāi)裂鋼板組織整體形態(tài)與正常固溶處理狀態(tài)組織有顯著差異，表明鋼板卷板前的固溶處理工藝存在問(wèn)題?？偨Y(jié)鋼板在較硬且脆的狀態(tài)下進(jìn)行卷制，材料由于塑性變形能力不足，發(fā)生了脆性開(kāi)裂。鋼板卷板前固溶處理不當(dāng)是導(dǎo)致其開(kāi)裂的主要原因。《材料成型檢測(cè)技術(shù)》案例3--熱煨彎管開(kāi)裂原因分析CONTENTS目錄01背景介紹02試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果03討論分析04結(jié)論及建議背景介紹PARTONE（一）L360N熱煨彎管一、背景介紹彎管是油氣管道關(guān)鍵部件，因結(jié)構(gòu)特殊常承受復(fù)雜應(yīng)力與苛刻工況，失效風(fēng)險(xiǎn)高，失效原因多樣，危害大，研究其失效與預(yù)防很重要。熱煨彎管由特定工藝制成，本文分析的L360N材質(zhì)、3PE防腐層彎管，運(yùn)行2年6個(gè)月后發(fā)生天然氣開(kāi)裂泄漏。01失效風(fēng)險(xiǎn)：承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)和苛刻工況環(huán)境，失效可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。02研究目的：通過(guò)科學(xué)的分析方法，找出L360N熱煨彎管開(kāi)裂的根本原因，為預(yù)防類(lèi)似事故提供依據(jù)。（一）L360N熱煨彎管一、背景介紹試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果PARTTWO（一）宏觀分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果圖1宏觀形貌宏觀形貌彎管外表面氧化腐蝕嚴(yán)重，裂紋沿縱向分布，內(nèi)表面呈紅色或褐色。裂紋特征裂紋部分位置存在彎曲，沿管件縱向擴(kuò)展，斷口表面氧化腐蝕嚴(yán)重。起裂源斷口上存在多處起裂源，均從內(nèi)壁斜向外壁擴(kuò)展。（a）宏觀形貌（b）裂紋局部形貌（一）宏觀分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果圖1宏觀形貌宏觀形貌彎管外表面氧化腐蝕嚴(yán)重，裂紋沿縱向分布，內(nèi)表面呈紅色或褐色。裂紋特征裂紋部分位置存在彎曲，沿管件縱向擴(kuò)展，斷口表面氧化腐蝕嚴(yán)重。起裂源斷口上存在多處起裂源，均從內(nèi)壁斜向外壁擴(kuò)展。（f）斷口形貌（e）斷口形貌（c）張開(kāi)裂紋形貌（d）內(nèi)壁形貌（二）微觀分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果圖2微觀形貌掃描電鏡觀察斷口表面覆蓋一層較厚氧化腐蝕產(chǎn)物，部分位置呈瘤狀。能譜分析氧化腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、O、C、Mn、S和Si等元素。酸洗后形貌主要為沿晶斷口形貌。（a）原始斷口形貌（b）原始斷口形貌（c）能譜檢測(cè)位置（二）微觀分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果圖2微觀形貌掃描電鏡觀察斷口表面覆蓋一層較厚氧化腐蝕產(chǎn)物，部分位置呈瘤狀。能譜分析氧化腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、O、C、Mn、S和Si等元素。酸洗后形貌主要為沿晶斷口形貌。（d）能譜譜線（e）酸洗后斷口形貌（f）酸洗后斷口形（三）金相組織分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果裂紋位置存在多條垂直于斷口的微裂紋，呈沿晶形態(tài)擴(kuò)展。腐蝕坑內(nèi)壁存在多處腐蝕坑，部分腐蝕坑底部可見(jiàn)延伸向基體的微裂紋。組織形貌裂紋位置為馬氏體組織，未開(kāi)裂位置為馬氏體+魏氏組織，直管位置為鐵素體+珠光體組織。圖3金相組織形貌（a）裂紋位置組織形貌（b）彎管內(nèi)壁位置形貌（c）能譜檢測(cè)位置（三）金相組織分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果裂紋位置存在多條垂直于斷口的微裂紋，呈沿晶形態(tài)擴(kuò)展。腐蝕坑內(nèi)壁存在多處腐蝕坑，部分腐蝕坑底部可見(jiàn)延伸向基體的微裂紋。組織形貌裂紋位置為馬氏體組織，未開(kāi)裂位置為馬氏體+魏氏組織，直管位置為鐵素體+珠光體組織。圖3金相組織形貌（d）能譜譜線（e）裂紋位置組織形貌（f）裂紋位置組織形貌（三）金相組織分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果裂紋位置存在多條垂直于斷口的微裂紋，呈沿晶形態(tài)擴(kuò)展。腐蝕坑內(nèi)壁存在多處腐蝕坑，部分腐蝕坑底部可見(jiàn)延伸向基體的微裂紋。組織形貌裂紋位置為馬氏體組織，未開(kāi)裂位置為馬氏體+魏氏組織，直管位置為鐵素體+珠光體組織。圖3金相組織形貌（g）彎管為開(kāi)裂位置組織形貌（h）彎管未開(kāi)裂位置組織形貌（i）直管內(nèi)壁形貌（j）直管基體組織形貌（四）化學(xué)成分分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

CSiMnPSCrNiCu熱煨彎管0.160.321.250.0170.00570.0780.0330.0082L360N≤0.24≤0.45≤1.40≤0.025≤0.015≤0.30≤0.30≤0.50

VNbTiMoBCEⅡWCEpcm—熱煨彎管0.040.00240.0040＜0.0020.00030.390.24—L360N≤0.10≤0.05≤0.04≤0.15—≤0.43≤0.25—化學(xué)成分：材料各元素含量均滿足GB/T9711-2017《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》中L360N的化學(xué)成分的規(guī)范要求。表1

化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）（五）力學(xué)性能分析二、試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果表2送檢鋼管拉伸試驗(yàn)結(jié)果