失效案例分析

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1、姓名：丁靜學(xué)號(hào)：201421803012案例一乙烯裂解爐爐管破裂原因分析某石化公司化工一廠裂解車間CBL—III型乙烯裂解爐于1998年9月投入運(yùn)行，1999年4月檢查發(fā)現(xiàn)一根裂解爐管發(fā)生泄漏。為查明爐管泄漏原因，對(duì)失效爐管進(jìn)行了綜合分析。CBL—III型乙烯裂解爐爐管工作溫度為1050?1100QC，材質(zhì)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.35?0.60%C;1.0%?2.0%Si;1.0%?1.50%Mn;33%?38%Ni;23%?28%Cr及微量Nb.Ti.Zr等。宏觀觀察失效爐管表面町以看出，泄漏部位爐管內(nèi)、外壁均有兩個(gè)孔坑，兩個(gè)孔坑在內(nèi)、外表面相互對(duì)應(yīng)，孔坑邊緣金屬略有凸起，

2、呈火山口狀。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)壁兩個(gè)孔坑附近表面有一約3mmxlmm凸棱，凸棱略高于附近爐管表面（圖11-1、圖11-2）。ra11-1失效爐行外表部什宏觀形貌閣11-2失效爐符內(nèi)衣而泄瀾部位宏現(xiàn)形貌化學(xué)成分分析結(jié)果表明，失效爐管化學(xué)成分符合廠家技術(shù)要求。金相檢查結(jié)果表明，失效爐管顯微組織基體為奧氏體，品界分布有骨架狀碳化物，晶內(nèi)和晶界分布有一定數(shù)量的顆粒狀碳化物（圖11-3L1^111-3失效爐管顯微組織能譜分析結(jié)果表明，這些顆粒狀碳化物為Nb.Zr.Ti或Cr的碳化物。晶界分布的骨架狀碳化物系以鉻為主的碳化物。首先，采用掃描電鏡觀察了泄漏部位爐管內(nèi)、外表面的放大形貌，觀察發(fā)

3、現(xiàn)，所有孔坑均存在白亮色塊狀物。通常，不導(dǎo)電的非金屬氧化物或金屬氧化物在電子束作用下因積累電荷而呈白亮色。能譜分析結(jié)果表明，白亮色塊狀物含有很高的稀土鈰。分析認(rèn)為，白亮色塊狀物為稀土氧化物。在泄漏部位，分別在內(nèi)壁凸棱和孔坑兩處，垂直于內(nèi)表面制備了爐管橫截面金相試樣?？梢钥闯?，不論是凸棱對(duì)應(yīng)部位，還是爐管內(nèi)、外表面兩個(gè)孔坑之間，爐管橫截面均分布有宏觀深灰色金屬夾雜物，夾雜物在內(nèi)、外表面兩個(gè)孔坑之問(wèn)連續(xù)貫通（圖11-4）。mu-4失效爐訝泄iw部位嘏而金相宏觀形貌在掃描電鏡下進(jìn)一步觀察、分析結(jié)果表明，兩個(gè)橫截面深灰色區(qū)域同樣是稀土鈰的氧化物（圖11-5）。采用微型拉伸試樣，對(duì)失效爐

4、管進(jìn)行了iiooQc短時(shí)高溫拉仲試驗(yàn)，其結(jié)果如表11-1所示。可以看出，失效爐管lioor高溫短吋拉伸性能低于廠家相關(guān)技術(shù)要求。W11-5IS11-4所承夾汝能wX射線iS表n-i失效爐管noot離溫短時(shí)拉伸性能試樣961>55(

5、長(zhǎng)期運(yùn)行，材質(zhì)受到嚴(yán)重?fù)p傷，材料的微觀組織惡化，碳化物會(huì)發(fā)生嚴(yán)重粗化，使得爐管的高溫持久性能下降。因?yàn)樵跓崽幚頃r(shí)沒(méi)有消除這些骨架狀碳化物和顆粒狀碳化物，爐管中出現(xiàn)的少量氣孔組織會(huì)集中在碳化物的位置上形成裂紋，或者工作應(yīng)變疲勞裂紋會(huì)沿著品界碳化物發(fā)展，造成整塊的沿晶剝落，出現(xiàn)了圖中的孔坑。失效爐管的泄露部位內(nèi)、外孔坑處存在稀土氧化物。這種稀土夾雜物聚集在晶界處，造成夾雜物與集體之間界面處的應(yīng)力集中。晶界處聚集的稀土氧化物割裂了材料的連續(xù)性，最終在晶界處剝落失效。澆注屮不可避免的會(huì)形成夾雜，該爐管成分屮的錳含量過(guò)高，高溫作業(yè)時(shí)形成錳的氧化物，錳的氧化物容易形成形核的質(zhì)點(diǎn)，稀土的活性

6、很大，會(huì)宥部分稀土逐漸吸附到錳的氧化物上形成稀土夾雜物。夾雜物偏聚在晶界附近導(dǎo)致了爐管的失效，夾雜物的存在改變了晶界原有的特性，其斷裂往往起始于這些地方,最終導(dǎo)致材料力學(xué)性能的下降。這也解釋Y爐管在高溫拉伸性能低于廠家要求的現(xiàn)象。因此得出結(jié)論認(rèn)為爐管的失效原因是澆注冷卻時(shí)形成的晶界碳化物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和在晶界分布的稀土夾雜物。因此需要對(duì)爐管進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，例如正火后回火消除網(wǎng)狀組織。對(duì)于稀土夾雜物應(yīng)該改善稀土夾雜物的形態(tài)，使其大部分呈現(xiàn)球狀，還是需要調(diào)整材料的成分，改善稀土夾雜物的形貌。案例二汽輪機(jī)末級(jí)葉片斷裂原因分析某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行一年半后出現(xiàn)低真空，負(fù)荷降至22萬(wàn)kW,系

7、統(tǒng)電壓明顯降低，隨即甩掉負(fù)荷。重新啟動(dòng)電源泵不能工作。經(jīng)化驗(yàn)，復(fù)水器水質(zhì)硬度偏高，凝結(jié)器大量漏水。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，有20根銅管發(fā)生泄漏，采取措施后復(fù)水器仍然泄漏。停機(jī)開(kāi)缸檢查發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)兩支末級(jí)葉片斷裂，另有67支葉片發(fā)生了不同程度磨損、變形。末級(jí)隔板復(fù)環(huán)汽封全部損壞。為查明末級(jí)葉片斷裂性質(zhì)及其成因，對(duì)故障件進(jìn)行了綜合分析。該電廠2號(hào)機(jī)系300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，其蒸發(fā)量為970t/h,入口蒸汽溫度為535QC，蒸汽壓力為17.35Mpa。該機(jī)組投產(chǎn)后工作一直斷續(xù)運(yùn)行，至一年半后出現(xiàn)故障，共啟