1、电站锅炉主要部件的失效第一节 锅炉运行基本工况n n一、概述一、概述n n 锅炉是将煤、油、天然气等燃料或其他热能释放出来锅炉是将煤、油、天然气等燃料或其他热能释放出来的热量，通过金属受热面传递给经净化的水，并将其加热的热量，通过金属受热面传递给经净化的水，并将其加热到一定压力和温度的水和蒸汽的连续运行的换热设备。也到一定压力和温度的水和蒸汽的连续运行的换热设备。也就是说，在换热过程中，锅炉的金属部件在一定时间内都就是说，在换热过程中，锅炉的金属部件在一定时间内都要受到一定的压力和温度的作用。要受到一定的压力和温度的作用。n n 电站锅炉金属部件运行时的四个重要因素：时间、高电站锅炉金属部件运
2、行时的四个重要因素：时间、高温、应力和介质温、应力和介质n n 部件工况可分为部件工况可分为2 2类：以温度为主，以应力为主。类：以温度为主，以应力为主。n n 材料的许用应力的确定室温抗拉强度、设计温度下材料的许用应力的确定室温抗拉强度、设计温度下的屈服强度、设计温度下持久强度、设计温度下蠕变强度的屈服强度、设计温度下持久强度、设计温度下蠕变强度和疲劳强度选取的和疲劳强度选取的 ；n n也可以分出也可以分出2 2大类：温度作用造成的蠕变损伤、没有温度大类：温度作用造成的蠕变损伤、没有温度作用的其他损伤作用的其他损伤第一节 锅炉运行基本工况二、电站锅炉主要部件失效类型二、电站锅炉主要部件失效类
3、型n n 蠕变、疲劳、蠕变疲劳、侵蚀、腐蚀、磨损、材质老蠕变、疲劳、蠕变疲劳、侵蚀、腐蚀、磨损、材质老化及其交互作用等；（见资料表化及其交互作用等；（见资料表1 1）n n注：基本情况，异常工况时比较复杂；注：基本情况，异常工况时比较复杂；n n 有助于制造故障树，形成专家系统；有助于制造故障树，形成专家系统；n n 失效部位的位置与相邻部件位置的关系；失效部位的位置与相邻部件位置的关系；n n 有助于积累数据；有助于积累数据；n n 有助于金属监督；有助于金属监督；n n 有助于制订反措；有助于制订反措；第二节 失效分析的意义和作用一、失效分析的概念和特点一、失效分析的概念和特点n n失效分
4、析的概念（失效分析的概念（3 3层含义）层含义）n n失效分析的发展过程失效分析的发展过程n n失效分析的特点失效分析的特点二、失效分析的作用二、失效分析的作用n n提出预防措施提出预防措施n n查明责任主体查明责任主体n n失效分析还可为材质鉴定和在役锅炉的寿命预测提供重失效分析还可为材质鉴定和在役锅炉的寿命预测提供重要的技术依据要的技术依据 n n失效分析可以积累宝贵数据为制订标准提供依据。失效分析可以积累宝贵数据为制订标准提供依据。n n失效分析可以为企业提高技术管理水平提供依据。失效分析可以为企业提高技术管理水平提供依据。第二节 失效分析的意义和作用n n三、部件失效的统计分析三、部件
5、失效的统计分析n n 统计分析是宏观分析方法，有关管理部门或领导机构统计分析是宏观分析方法，有关管理部门或领导机构可以从大量的设备事故中进行分类统计，摸清事故规律，可以从大量的设备事故中进行分类统计，摸清事故规律，找出主要矛盾，最后作出决策。找出主要矛盾，最后作出决策。n n注：注：1 1、分类、分类n n 2 2、计算百分比、计算百分比n n 3 3、绘制主次图、绘制主次图n n 4 4、列举原因、列举原因n n 5 5、制订措施、制订措施n n四、失效分析的发展方向四、失效分析的发展方向n n五、失效分析的注意事项五、失效分析的注意事项第三节 电站锅炉主要部件的失效型式n n一、过量变形失
6、效一、过量变形失效n n二、疲劳失效二、疲劳失效n n三、腐蚀失效三、腐蚀失效n n四、蠕变失效四、蠕变失效n n五、磨损失效五、磨损失效n n六、脆性断裂失效六、脆性断裂失效n n七、塑性断裂失效七、塑性断裂失效第三节 电站锅炉主要部件的失效型式一、过量变形失效一、过量变形失效n n过量变形失效又可分为过量弹性变形失效和过量塑性变形失效过量变形失效又可分为过量弹性变形失效和过量塑性变形失效 n n其主要影响因素有：其主要影响因素有：1 1、热冲击：突然升温或降温，产生的热应力。、热冲击：突然升温或降温，产生的热应力。2 2、部部件件自自重重：部部件件自自重重可可产产生生永永久久变变形形，放放
7、置置大大型型部部件件时时应应注注意意合理放置。合理放置。3 3、残残余余应应力力：存存在在残残余余应应力力的的大大型型部部件件在在高高温温运运行行中中，由由于于残残余余应应力力发发生生变变化化，破破坏坏了了原原来来部部件件内内部部的的应应力力平平衡衡，造造成成永永久久变变形。形。4 4、异异常常工工况况的的影影响响：如如转转子子超超速速运运行行会会造造成成弯弯曲曲；主主汽汽门门门门杆杆的的卡涩会造成门杆变形。卡涩会造成门杆变形。5 5、材材料料问问题题：高高温温材材料料下下降降后后，会会造造成成起起屈屈服服强强度度下下降降。如如：-723-723钢螺栓，长期运行，会使汽缸漏汽。钢螺栓，长期运行
8、，会使汽缸漏汽。6 6、设计的安全系数不够，会使部件发生变形。、设计的安全系数不够，会使部件发生变形。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效n n部件在工作过程中承受交变载荷或循环载荷的作用，引起部件在工作过程中承受交变载荷或循环载荷的作用，引起部件内部的应力叫交变应力。在这种交变应力的作用下发部件内部的应力叫交变应力。在这种交变应力的作用下发生断裂的现象叫疲劳断裂。生断裂的现象叫疲劳断裂。n n疲劳失效种类很多，分类方式极为复杂：疲劳失效种类很多，分类方式极为复杂：n n 按载荷分，有拉伸疲劳、拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转按载荷分，有拉伸疲劳、拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳和各
9、种混合受力的疲劳；疲劳和各种混合受力的疲劳；n n 按载荷交变频率分，有高周疲劳和低周疲劳；按应力按载荷交变频率分，有高周疲劳和低周疲劳；按应力大小分，有高应力疲劳和低应力疲劳；大小分，有高应力疲劳和低应力疲劳；n n 在复杂环境条件下还有腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、在复杂环境条件下还有腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、微振疲劳、接触疲劳等。微振疲劳、接触疲劳等。n n疲劳断裂也有一个时间过程，即裂纹的萌生、裂纹的扩展疲劳断裂也有一个时间过程，即裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终的瞬时断裂三个阶段和最终的瞬时断裂三个阶段。n n 第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效第三节 电站锅炉主
10、要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效 在在疲疲劳劳失失效效分分析析中中，应应重重视视疲疲劳劳源源产产生生条条件件的的分分析析。部部件件表面或内部凡是造成应力集中的部位均可能成为疲劳源。表面或内部凡是造成应力集中的部位均可能成为疲劳源。n n例如：部件截面发生突变的部位；例如：部件截面发生突变的部位；n n 加工刀痕处或加工中形成的微裂纹；加工刀痕处或加工中形成的微裂纹；n n 材料表面或内部的夹杂物；材料表面或内部的夹杂物；n n 腐蚀裂纹诱导出的疲劳裂纹；腐蚀裂纹诱导出的疲劳裂纹；n n 铸件的疏松处和锻件的白点发纹出；铸件的疏松处和锻件的白点发纹出；n n 焊接的引弧处和焊接裂纹；焊接
11、的引弧处和焊接裂纹；n n 运输和安装时的碰撞处；运输和安装时的碰撞处；n n 表面处理缺陷处；表面处理缺陷处；n n 化学成分的微区偏析处，等化学成分的微区偏析处，等。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效 1 1、高周疲劳断裂、高周疲劳断裂 低低应应力力（s10N105 5）。高高周周疲疲劳劳一一般般寿寿命命较较长长，断断裂裂时时没没有有塑塑性性变变形形，一一般般也也称称应应力力疲疲劳劳。高高周周疲疲劳劳一一般般具具有有穿穿晶晶特特征征，在在裂裂纹纹金金相相试试样样上上，裂裂纹纹呈呈波波动动状状，裂裂纹纹中中间间没没有有腐腐蚀蚀介介质质和和腐腐蚀蚀产产物物，裂裂纹纹尖尖
12、端端往往往较尖锐，疲劳条纹间距小。往较尖锐，疲劳条纹间距小。n n2 2、低周疲劳断裂、低周疲劳断裂 高应力（高应力（ss），低循环次数（），低循环次数（N N10102 210105 5）。）。低周疲劳一般寿命较短，断裂时长伴随应变的发生，故也低周疲劳一般寿命较短，断裂时长伴随应变的发生，故也称应变疲劳。断口较为粗糙，断口周围往往有残余宏观变称应变疲劳。断口较为粗糙，断口周围往往有残余宏观变形。断口仍具有逐渐扩展区和瞬时破断区的特征，逐渐扩形。断口仍具有逐渐扩展区和瞬时破断区的特征，逐渐扩展区的展区的“海滩海滩”标志部明显或消失。标志部明显或消失。3 3、高温疲劳断裂、高温疲劳断裂 4 4、
13、热疲劳断裂、热疲劳断裂 第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效 金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起的损金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起的损坏叫腐蚀失效。腐蚀对部件损坏的表现为失重、破坏材料表面坏叫腐蚀失效。腐蚀对部件损坏的表现为失重、破坏材料表面完好状态和生产裂纹。完好状态和生产裂纹。常见腐蚀失效的主要类型：常见腐蚀失效的主要类型：1 1、高温氧化：其氧化反应方程式为：、高温氧化：其氧化反应方程式为：2Me+O2Me+O2 22MeO2MeO（高温下）（高温下）2 2、低熔点氧化物的腐蚀（高温腐蚀）、低熔点氧化物的腐蚀（高温腐蚀）劣质燃料中含有劣质
14、燃料中含有V V2 2O O5 5、NaNa2 2O O、SOSO3 3 等低熔点氧化物，它们与等低熔点氧化物，它们与金属反应生产新的氧化物。这些低熔点氧化物又会与金属表面金属反应生产新的氧化物。这些低熔点氧化物又会与金属表面的氧化物发生反应，生成结构松散的钒酸盐。的氧化物发生反应，生成结构松散的钒酸盐。3 3、烟气腐蚀（低温腐蚀）部件温度低于含酸根烟气的露点。、烟气腐蚀（低温腐蚀）部件温度低于含酸根烟气的露点。含含有有较较高高SOSO2 2、SOSO3 3和和COCO2 2的的烟烟气气，当当遇遇到到较较冷冷的的物物体体（省省煤煤器器、空空气气预预热热器器）时时，温温度度降降到到烟烟气气的的露
15、露点点以以下下。部部件件表表面面凝凝结结的的水水膜膜与与中中的的与与SOSO2 2、SOSO3 3和和COCO2 2结结合合形形成成酸酸性性溶溶液液，导导致致锅锅炉炉尾部受热面严重的低温腐蚀。尾部受热面严重的低温腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效4 4、应力腐蚀、应力腐蚀n n应应力力腐腐蚀蚀是是材材料料在在腐腐蚀蚀环环境境中中和和静静态态拉拉应应力力的的同同时时作作用用下下产产生生的的破破裂裂。它它是是断断裂裂中中最最广广泛泛、最最严严重重的的一一种种破破坏坏形形式式。应应力力腐腐蚀蚀的的三三个个特特定定条条件：特定的腐蚀环境、足够大的拉应力和特定的合金成分和结
16、构。件：特定的腐蚀环境、足够大的拉应力和特定的合金成分和结构。应力腐蚀有下列的几个特征：应力腐蚀有下列的几个特征：n n A A、裂裂纹纹的的宏宏观观走走向向基基本本上上与与拉拉应应力力垂垂直直。只只有有拉拉应应力力才才能能引引起起应力腐蚀，压应力会阻止或延缓应力腐蚀。应力腐蚀，压应力会阻止或延缓应力腐蚀。n n B B、应力腐蚀断裂存在着孕育期。、应力腐蚀断裂存在着孕育期。n n C C、产产生生应应力力腐腐蚀蚀的的合合金金表表面面都都会会存存在在钝钝化化膜膜或或保保护护膜膜。腐腐蚀蚀只只在局部区域，破裂时金属腐蚀量极小。在局部区域，破裂时金属腐蚀量极小。n n D D、断断口口呈呈脆脆性性
17、形形貌貌，裂裂纹纹走走向向为为穿穿晶晶、沿沿晶晶或或混混合合型型。裂裂纹纹一一般起源于部件表面的蚀孔。般起源于部件表面的蚀孔。n n E E、应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂一一般般发发生生在在活活化化钝钝化化的的过过渡渡区区的的电电位位范范围围，即在钝化膜不完整的电位范围内。即在钝化膜不完整的电位范围内。n n F F、大大多多数数应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂体体系系中中存存在在临临界界应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂强强度度因因子子K KISCCISCC。当当应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂强强度度因因子子低低于于K KISCCISCC时时，裂裂纹纹不不扩扩展展；大大于于K KISCCISCC时时，应力腐蚀裂纹扩展。
18、应力腐蚀裂纹扩展。5 5、点蚀或孔蚀、点蚀或孔蚀n n在构件表面出现个别孔坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀，在构件表面出现个别孔坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀，又称孔蚀或小孔腐蚀。点腐蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀又称孔蚀或小孔腐蚀。点腐蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。点蚀隐蔽性很强。点蚀隐蔽性很强。点腐蚀具有如下特征点腐蚀具有如下特征（见教材）（见教材）点蚀坑形貌：点蚀坑形貌：第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效6 6、晶间腐蚀：、晶间腐蚀：晶间腐蚀
19、是指部件材料的晶界及其邻近部位优先受腐蚀，而晶粒晶间腐蚀是指部件材料的晶界及其邻近部位优先受腐蚀，而晶粒本身不被腐蚀或腐蚀很轻的一种局部腐蚀。不锈钢的晶间腐蚀要比普本身不被腐蚀或腐蚀很轻的一种局部腐蚀。不锈钢的晶间腐蚀要比普通碳钢和合金钢较为普遍。通碳钢和合金钢较为普遍。7 7、黄铜的脱锌腐蚀、黄铜的脱锌腐蚀 黄黄铜铜中中的的脱脱锌锌过过程程中中会会存存在在阳阳极极反反应应和和阴阴极极反反应应。在在阳阳极极反反应应中中，锌锌、铜铜同同时时溶溶解解；在在阴阴极极反反应应中中，溶溶液液中中的的O O2 2和和铜铜离离子子的的还还原原和和再再沉沉积，其结果在脱锌的黄铜表面出现多孔的铜层。积，其结果在
20、脱锌的黄铜表面出现多孔的铜层。8 8、氧的浓度差电池腐蚀、氧的浓度差电池腐蚀 含含氧氧的的水水溶溶液液中中，由由于于溶溶解解氧氧的的浓浓度度不不同同而而引引起起的的腐腐蚀蚀称称为为氧氧的的浓浓度度差差电电池池腐腐蚀蚀。如如水水线线处处易易出出现现腐腐蚀蚀。氧氧浓浓度度高高的的地地方方为为阴阴极极，浓浓度度低的地方为阳极。阳极会受到腐蚀。低的地方为阳极。阳极会受到腐蚀。9 9、垢下腐蚀、垢下腐蚀 由于锅炉给水质量不佳，杂质在高温区的水冷壁管内沉积并形成由于锅炉给水质量不佳，杂质在高温区的水冷壁管内沉积并形成盐垢，导致此处壁温升高，炉水在沉积物母体中蒸发，使非挥发成分盐垢，导致此处壁温升高，炉水在
21、沉积物母体中蒸发，使非挥发成分变浓，使垢下的金属材料成为浓差电池和温差电池的阳极，而受到腐变浓，使垢下的金属材料成为浓差电池和温差电池的阳极，而受到腐蚀。垢下腐蚀实际上是高压水下的电化学腐蚀。蚀。垢下腐蚀实际上是高压水下的电化学腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效1010、氢腐蚀、氢腐蚀 氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性，因而氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性，因而有时把金属的氢损伤统称为氢脆。有时把金属的氢损伤统称为氢脆。习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤叫做钢的习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤叫做钢的脆性，而把氢与钢的化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀
22、。高脆性，而把氢与钢的化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀。高压含氧环境中，由于氢原子扩散进入钢中，与钢中的碳结压含氧环境中，由于氢原子扩散进入钢中，与钢中的碳结合生成甲烷，使钢出现沿晶裂纹，引起钢的强度和塑性下合生成甲烷，使钢出现沿晶裂纹，引起钢的强度和塑性下降的腐蚀现象称为氢腐蚀。降的腐蚀现象称为氢腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式四、蠕变失效四、蠕变失效n n1 1、蠕变的概念、蠕变的概念 蠕变是指金属材料在恒应力长期作用下而发生的塑性变形现象。蠕变是指金属材料在恒应力长期作用下而发生的塑性变形现象。n n2 2、蠕变断裂类型、蠕变断裂类型 A A、基本形变型蠕变断裂（、基本形变型蠕变断裂
23、（M M型蠕变断裂）型蠕变断裂）当当部部件件受受到到大大的的应应力力，在在较较短短的的时时间间内内发发生生的的蠕蠕变变断断裂裂为为基基本本型型蠕蠕变变断断裂裂。断断裂裂前前整整个个基基体体发发生生形形变变。断断裂裂部部位位金金属属流流变变明明显显，形形成成颈颈缩缩，断断裂裂为为穿穿晶晶型型，断断口口的的微微观观特特征征是是韧韧窝窝。这这类类蠕蠕变变断断裂裂对对缺缺口口应力集中不敏感。应力集中不敏感。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式四、蠕变失效四、蠕变失效n nB B、楔型裂纹蠕变断裂（、楔型裂纹蠕变断裂（W W型蠕变断裂）型蠕变断裂）n n高高温温下下晶晶界界是是粘粘滞滞性性的的，在在较较大
24、大外外力力作作用用下下，晶晶界界将将产产生生滑滑动动，在在晶晶粒粒的的交交界界处处产产生生应应力力集集中中。如如果果晶晶粒粒的的形形变变不不能能是是应应力力集集中中得得到到松松弛弛，且且应应力力集集中中达达到到晶晶界界开开裂裂的程度时，则在晶粒的交界处产生楔型裂纹。的程度时，则在晶粒的交界处产生楔型裂纹。n nC C、孔洞型蠕变裂纹（、孔洞型蠕变裂纹（R R型蠕变断裂）型蠕变断裂）n n在在形形变变速速率率小小、温温度度较较高高的的低低应应力力蠕蠕变变中中，首首先先在在晶晶界界上上形形成成孔孔洞洞，然然后后孔孔洞洞在在应应力力作作用用下下继继续续增增多多、长长大大、聚聚合合、联联接接成成微微裂
25、裂纹纹，微微裂裂纹纹连连通通形形成成宏宏观观裂裂纹纹，直直至至断裂。断裂。n n晶晶界界上上形形成成孔孔洞洞的的原原因因是是：晶晶界界滑滑动动时时，在在晶晶界界弯弯曲曲和和硬硬质质点点分分布布处处形形成成孔孔洞洞；滑滑移移带带和和滑滑动动晶晶界界的的交交割割形形成成孔孔洞洞；空空位位由由压压应应力力区区扩扩散散和和沉沉淀淀；晶晶界界上上的的夹夹杂杂或或第第二相质点与母体分离。二相质点与母体分离。n n孔孔洞洞型型蠕蠕变变断断裂裂形形貌貌特特点点是是：属属于于沿沿晶晶断断裂裂，断断口口处处无无明明显显塑塑性性变变形形，垂垂直直于于拉拉应应力轴的晶界上孔洞成核较多。力轴的晶界上孔洞成核较多。n n
26、蠕变过程中临界裂纹的形成蠕变过程中临界裂纹的形成 临界的宏观裂纹产生前，在一个宏观应力集中的区域临界的宏观裂纹产生前，在一个宏观应力集中的区域内，有利于形成孔洞的晶界上都可产生孔洞、孔洞链和裂纹。它们可独立产生和发内，有利于形成孔洞的晶界上都可产生孔洞、孔洞链和裂纹。它们可独立产生和发展，而且与金属表面不连通。较大的微裂纹通过合并邻近的小裂纹而长大。形成临展，而且与金属表面不连通。较大的微裂纹通过合并邻近的小裂纹而长大。形成临界宏观裂纹后，它将成为主裂纹而加速扩展，直至断裂。蠕变裂纹与表面连通后，界宏观裂纹后，它将成为主裂纹而加速扩展，直至断裂。蠕变裂纹与表面连通后，氧化形成的楔形氧化物，将促
27、进蠕变裂纹扩展。氧化形成的楔形氧化物，将促进蠕变裂纹扩展。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式四、蠕变失效四、蠕变失效3 3、过热失效、过热失效 过过热热失失效效是是材材料料在在一一定定时时间间内内的的温温度度和和应应力力作作用用而而出出现现的的失失效效形形式式。它它是是蠕蠕变变失失效效在在电电站站锅锅炉炉高高温温部部件件的的具具体体表表现现形形式式。它它主主要要发发生生在在受受热热面面管管道道上上。过过热热与与超超温温的的概概念念不不同同，超超温温就就是是材材料料超超过过其其额额定定使使用用温温度度范范围围运运行行。主主要要针针对对锅锅炉炉运运行行温温度度而而言言，而而过过热热主主要要是是针针
28、对对材材料料的的金金相相组组织织和和机机械械性性能能的的效效果果而而言言。过过热热是是锅锅炉炉超超温温运运行行的的结结果果，超温是过热的原因。超温是过热的原因。过热失效一般分为长期过热和短期过热。主要表现形过热失效一般分为长期过热和短期过热。主要表现形式是锅炉管子发生爆破。长期过热是管子在长时间的应力式是锅炉管子发生爆破。长期过热是管子在长时间的应力和超温温度作用下导致的爆管。长期过热一般超温幅度不和超温温度作用下导致的爆管。长期过热一般超温幅度不大，过程缓慢。一般常发生在过热器和再热器管上。短期大，过程缓慢。一般常发生在过热器和再热器管上。短期过热是超温幅度较高，在较短的时间内发生的失效现象
29、。过热是超温幅度较高，在较短的时间内发生的失效现象。有的短期过热的超温幅度会高于相变点。一般发生在水冷有的短期过热的超温幅度会高于相变点。一般发生在水冷壁管上。壁管上。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式五、磨损失效五、磨损失效n n 磨磨损损分分为为五五类类：粘粘着着磨磨损损、磨磨粒粒磨磨损损、冲冲蚀蚀磨磨损损、腐腐蚀磨损和表面疲劳磨损。蚀磨损和表面疲劳磨损。决定磨损方式的三个因素：零件所处的运动学和动力决定磨损方式的三个因素：零件所处的运动学和动力学状态，零件表面的几何形貌和转配质量。零件的使用工学状态，零件表面的几何形貌和转配质量。零件的使用工况及所处的环境状态。零件材质状态，摩擦副材料的
30、匹配况及所处的环境状态。零件材质状态，摩擦副材料的匹配情况，以及材料在磨损过程中的变化等。情况，以及材料在磨损过程中的变化等。1 1、冲蚀磨损、冲蚀磨损 A A、固体粒子冲蚀、固体粒子冲蚀 B B、汽蚀、汽蚀 2 2、腐蚀磨损、腐蚀磨损 第三节 电站锅炉主要部件的失效型式六、六、脆性断裂失效脆性断裂失效 1 1、产生条件、产生条件 材材料料的的脆脆性性是是指指材材料料的的其其他他力力学学性性能能变变化化不不大大，而而韧韧性性急急剧剧下下降降的的现现象象。部部件件的的脆脆性性断断裂裂是是指指几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形，断断裂裂过过程程极极快快而而吸吸收收能能量量极极低低的的突突发发性性破破
31、坏坏现现象象。只只有有处处于脆性状态的零件才能发生脆性损坏。于脆性状态的零件才能发生脆性损坏。产产生生脆脆性性断断裂裂的的加加载载条条件件是是：静静载载或或冲冲击击。部部件件发发生生脆脆断断时时的的应应力力大大大大低低于于材材料料的的屈屈服服强强度度，属属于于平平面面应应变变条条件件下的裂纹失稳扩展。下的裂纹失稳扩展。2 2、阳城电厂、阳城电厂K4K4大板梁断裂实例大板梁断裂实例 下翼板断口形貌下翼板断口形貌 腹板断口形貌腹板断口形貌 分析分析第三节 电站锅炉主要部件的失效型式七、七、塑性断裂失效塑性断裂失效n n产生条件产生条件 当部件所承受的应力大于材料的屈服强度时，将发当部件所承受的应力
32、大于材料的屈服强度时，将发生塑性变形。如果应力进一步增加，就可能发生断裂。这生塑性变形。如果应力进一步增加，就可能发生断裂。这种失效，称为塑性断裂失效。它一般发生于静力过载或大种失效，称为塑性断裂失效。它一般发生于静力过载或大能量冲击的恶劣工况情况下。能量冲击的恶劣工况情况下。第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备一、宏观分析和金相分析方法一、宏观分析和金相分析方法1 1、宏观分析、宏观分析 宏观分析是把金属的表面或金属的纵断面或横截面磨制后，宏观分析是把金属的表面或金属的纵断面或横截面磨制后，经过侵蚀或不经侵蚀，用肉眼或在放大镜下观察的方法。经过侵蚀或不经侵蚀，用肉眼或在放大镜下观察的
33、方法。2 2、金相分析、金相分析金金相相分分析析的的基基本本任任务务是是研研究究金金属属和和合合金金的的组组织织和和缺缺陷陷，以以确确定定其其性能变化的原因，在火电厂中，金相检验的主要任务为：性能变化的原因，在火电厂中，金相检验的主要任务为：A A、在在安安装装中中，检检验验金金属属部部件件质质量量。例例如如金金属属部部件件的的组组织织和和焊焊缝缝的组织和质量。的组织和质量。B B、在在运运行行中中，检检验验金金属属在在运运行行过过程程中中的的组组织织变变化化，如如组组织织的的球球化、老化、显微裂纹等。化、老化、显微裂纹等。C C、在事故分析中，根据组织变化情况来分析事故的产生原因。、在事故分
34、析中，根据组织变化情况来分析事故的产生原因。D D、在在制制造造和和修修配配中中，检检验验产产品品质质量量，以以确确定定热热处处理理工工艺艺是是否否合合理。理。第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备二、断口的宏观分析二、断口的宏观分析 断口宏观分析的作用：寻找断裂源和裂纹发展的路径。判断部件断口宏观分析的作用：寻找断裂源和裂纹发展的路径。判断部件是塑性断裂还是脆性断裂。判断引起部件失效的受力状态（含组合应是塑性断裂还是脆性断裂。判断引起部件失效的受力状态（含组合应力状态）。粗略地评价设计、制造、运行工况、材质和介质等因素对力状态）。粗略地评价设计、制造、运行工况、材质和介质等因素对断裂的
35、影响。断裂的影响。n n断口三要素：圆形光滑拉伸试样的纤维状断口，由形貌不同的纤维区、断口三要素：圆形光滑拉伸试样的纤维状断口，由形貌不同的纤维区、放射区和剪切唇区构成这三个宏观断口区域特征为断口三要素。放射区和剪切唇区构成这三个宏观断口区域特征为断口三要素。根根据据三三要要素素中中纤纤维维区区先先断断而而剪剪切切唇唇最最后后断断的的原原则则，可可判判断断断断裂裂源源和和断断裂裂的的发发展展方方向向。根根据据三三要要素素的的分分布布位位置置、大大小小和和形形态态特特征征，可可分分析析试试样样或或部部件件断断裂裂时时的的应应力力状状态态、应应力力大大小小，试试样样（或或部部件件）尺尺寸寸和和缺缺
36、口口效效益，温度状态和材料质量。益，温度状态和材料质量。第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备三、断口的微观分析三、断口的微观分析1 1、韧窝、韧窝 金属部件或试样因超载而产生塑性变形，在径缩处由于材料内部金属部件或试样因超载而产生塑性变形，在径缩处由于材料内部存在夹杂、第二相质点和材料的弹塑性差异，形成显微孔洞。存在夹杂、第二相质点和材料的弹塑性差异，形成显微孔洞。2 2、滑移、滑移 其显微特征为晶体材料受到外力作用时，晶体会沿着一定的结晶其显微特征为晶体材料受到外力作用时，晶体会沿着一定的结晶面发生滑移。面发生滑移。3 3、解理、解理解理断裂是金属材料在正应力作用下，由于原子间结合键
37、的破坏而造成解理断裂是金属材料在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂。通常沿一定的晶面（解理面）断裂，有时也可沿滑移面的穿晶断裂。通常沿一定的晶面（解理面）断裂，有时也可沿滑移面或孪晶界解理断裂。或孪晶界解理断裂。4 4、准解理、准解理准解理断裂包含显微孔洞聚集和解理的混合机理，属解理断裂范畴。准解理断裂包含显微孔洞聚集和解理的混合机理，属解理断裂范畴。5 5、疲劳断口、疲劳断口疲劳断口的主要特征表现在扩展区上疲劳断口的主要特征表现在扩展区上 。6 6、沿晶断口、沿晶断口沿晶断口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖状形貌。沿晶断口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖状形貌。7 7、混合
38、断裂、混合断裂 第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备四、光学显微镜四、光学显微镜n n光学显微镜是一种利用透镜产生光学放大效应的显微镜。光学显微镜是一种利用透镜产生光学放大效应的显微镜。由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放大
39、倍数。大倍数。n n十八世纪，光学显微镜的放大倍率已经提高到了十八世纪，光学显微镜的放大倍率已经提高到了10001000倍倍 n n直到物理学家发现了放大倍率与分辨率之间的规律，人们直到物理学家发现了放大倍率与分辨率之间的规律，人们才知道光学显微镜的分辨率是有极限的，分辨率的这一极才知道光学显微镜的分辨率是有极限的，分辨率的这一极限限制了放大倍率的无限提高，限限制了放大倍率的无限提高，16001600倍成了光学显微镜放倍成了光学显微镜放大倍率的最高极限，大倍率的最高极限，n n光学显微镜由于受照明光线（可见光）波长的限制，无法光学显微镜由于受照明光线（可见光）波长的限制，无法分辩出小于分辩出小
40、于0.2m0.2m的图像及显微结构。的图像及显微结构。第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备五、电子显微镜五、电子显微镜n n电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。数下成像的仪器。n n扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度的直径。放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比，可从几十倍连续地变化到几
41、十万倍。扫描电子显微之比，可从几十倍连续地变化到几十万倍。扫描电子显微镜的分辨率高，可达镜的分辨率高，可达3 34nm4nm。n n透射电镜有着更高的放大范围（透射电镜有着更高的放大范围（20020010000001000000）。透）。透射式电子显微镜的分辨率约为射式电子显微镜的分辨率约为0.30.3纳米纳米(人眼的分辨本领约人眼的分辨本领约为为0.10.1毫米毫米)。第四节 失效分析的主要分析方法和主要分析设备六、六、X X射线衍射仪射线衍射仪 X X射射线线衍衍射射仪仪主主要要由由X X射射线线发发生生装装置置、测测角角仪仪、记记数数（记记录录）装装置置、控控制制计计算算装装置置组组成成
42、，具具有有快快速速、准准确确等等优优点点，它它是是进进行行晶晶体体结结构构分分析析的的主主要要设设备备。它它是是利利用用分分析析晶晶体体将将不不同同波波长长的的X X射射线线分分开开。也也可可以以利利用用硅硅渗渗锂锂探探测测器器与与多道分析器把能量不同的多道分析器把能量不同的X X射线光子分别记录下来。射线光子分别记录下来。仪仪器器主主要要功功能能及及其其用用途途：X-X-射射线线定定性性物物相相分分析析、X-X-射射线线定定量量物物相相分分析析、点点阵阵常常数数的的精精确确测测定定、晶晶体体颗颗粒粒度度和和晶晶格格畸变的测定、单晶取向的测定。畸变的测定、单晶取向的测定。在电厂部件事故失效分析
43、中，在电厂部件事故失效分析中，X X射线衍射仪可用来分射线衍射仪可用来分析：长期运行后钢中碳化物的变化、金属间化合物的析出析：长期运行后钢中碳化物的变化、金属间化合物的析出等；断口腐蚀产物的结构；还看用来测定部件的残余应力。等；断口腐蚀产物的结构；还看用来测定部件的残余应力。相结构分析、相含量分析、亚晶尺寸分析及微观座力分析、相结构分析、相含量分析、亚晶尺寸分析及微观座力分析、晶胞参数测定。高温相变分析，薄模结构分析等。晶胞参数测定。高温相变分析，薄模结构分析等。第五节 失效分析步骤n n一、原始情况的调查与技术资料收集n n二、样品的检查、试验与分析n n三、结论与反事故措施n n四、编制报
44、告第六节 锅炉主要部件的失效一、汽包的失效一、汽包的失效1 1、苛性脆化、苛性脆化A A、苛性脆化的特征、苛性脆化的特征 主要发生在中低压锅炉汽包，汽水品质较低；产生裂纹的主要发生在中低压锅炉汽包，汽水品质较低；产生裂纹的部位：铆钉和管子胀口处，铆钉孔和胀口的汽包钢板上；部位：铆钉和管子胀口处，铆钉孔和胀口的汽包钢板上；腐蚀具有缝隙腐蚀的特征，为阳极溶解型的应力腐蚀；初腐蚀具有缝隙腐蚀的特征，为阳极溶解型的应力腐蚀；初始裂纹从缝隙处产生，从表面不能看到；初始裂纹具有沿始裂纹从缝隙处产生，从表面不能看到；初始裂纹具有沿晶和分叉的特点，裂纹的缝隙处没有坚固的腐蚀产物；金晶和分叉的特点，裂纹的缝隙处
45、没有坚固的腐蚀产物；金属组织未发生变化；断口具有冰糖状花样，为脆断。属组织未发生变化；断口具有冰糖状花样，为脆断。B B、苛性脆化的原因、苛性脆化的原因局部的应力超过材料的屈服点，其中有胀管和铆接产生的局部的应力超过材料的屈服点，其中有胀管和铆接产生的残余应力、开孔处的边缘应力和热应力；炉水的碱性大，残余应力、开孔处的边缘应力和热应力；炉水的碱性大，缝隙部位由于炉水杂质的浓缩作用，缝隙部位由于炉水杂质的浓缩作用，NaOHNaOH的浓度高。的浓度高。C C、苛性脆化的防止措施、苛性脆化的防止措施改改进进汽汽包包结结构构，把把铆铆接接和和胀胀管管改改为为焊焊接接结结构构，消消除除缝缝隙隙；改改善善
46、锅锅炉启停和运行工况，减少热应力；提高汽水品质。炉启停和运行工况，减少热应力；提高汽水品质。第六节 锅炉主要部件的失效一、汽包的失效一、汽包的失效2 2、低周疲劳、低周疲劳A A、低周疲劳的特征、低周疲劳的特征n n 在在启启停停频频繁繁和和工工况况经经常常变变动动的的锅锅炉炉汽汽包包中中易易产产生生疲疲劳劳裂裂纹纹；容容易易在在给给水水管管孔孔、下下降降管管孔孔处处产产生生，且且与与最最大大应应力力方方向向垂垂直直；在在纵纵焊焊缝缝，环环焊焊缝缝及及人人孔孔焊焊缝缝处处也也可可能能产产生生；断断口口宏宏观观形形貌貌具具有一般疲劳断口的特征；腐蚀对裂纹的产生和扩展起很大作用。有一般疲劳断口的特
47、征；腐蚀对裂纹的产生和扩展起很大作用。B B、低周疲劳的原因、低周疲劳的原因n n 汽汽包包的的温温差差造造成成的的热热应应力力是是主主要要原原因因，启启动动停停炉炉的的温温度度变变化化越越快快，热热应应力力越越大大，越越容容易易造造成成疲疲劳劳裂裂纹纹；汽汽包包局局部部区区域域的的应应力集中；焊接的缺陷和裂纹往往是低周疲劳裂纹的源点。力集中；焊接的缺陷和裂纹往往是低周疲劳裂纹的源点。C C、低周疲劳的防止措施、低周疲劳的防止措施n n 降降低低热热冲冲击击，正正常常启启停停；锅锅炉炉运运行行平平稳稳，避避免免温温度度和和压压力力大大幅幅度度地地波波动动；降降低低启启动动次次数数；改改进进汽汽
48、包包结结构构，降降低低应应力力集集中中；采用抗低周疲劳的材料；提高焊接质量。采用抗低周疲劳的材料；提高焊接质量。第六节 锅炉主要部件的失效一、汽包的失效一、汽包的失效3 3、应力氧化腐蚀裂纹、应力氧化腐蚀裂纹A A、特征、特征在汽包水汽波动区的应力集中部位产生裂纹，如人孔门焊在汽包水汽波动区的应力集中部位产生裂纹，如人孔门焊缝；断口不具备疲劳特征；裂纹缝隙处充满坚硬的氧化物缝；断口不具备疲劳特征；裂纹缝隙处充满坚硬的氧化物，楔形的氧化物附加应力对裂纹扩展起很大作用；在裂纹，楔形的氧化物附加应力对裂纹扩展起很大作用；在裂纹边缘有脱碳、晶粒细化、晶界孔洞等特征；裂纹尖端和周边缘有脱碳、晶粒细化、晶
49、界孔洞等特征；裂纹尖端和周围有沿晶的氧化裂纹；裂纹发源于焊接缺陷和腐蚀坑处。围有沿晶的氧化裂纹；裂纹发源于焊接缺陷和腐蚀坑处。B B、原因、原因 由高压水引起的应力腐蚀断裂；局部的综合应力超过屈服由高压水引起的应力腐蚀断裂；局部的综合应力超过屈服 点；使表面的点；使表面的FeFe3 3O O4 4膜破裂，发生膜破裂，发生FeFe4H4H2 2OFeOFe3 3O O4 4+8H+8H和和 C+4HCHC+4HCH4 4反反应应；内内表表面面的的缺缺陷陷，在在水水汽汽界界面面波波动动区区，易易造造成成缝缝隙处的炉水杂质的浓缩。隙处的炉水杂质的浓缩。C C、防止措施、防止措施n n 提高焊接质量；
50、降低焊接处的残余应力；控制启停时的温度提高焊接质量；降低焊接处的残余应力；控制启停时的温度变化速度；保证汽包中的汽水品质；保证焊缝表面的平滑，发变化速度；保证汽包中的汽水品质；保证焊缝表面的平滑，发现焊缝处有尖角腐蚀坑，可修磨成圆滑过渡。现焊缝处有尖角腐蚀坑，可修磨成圆滑过渡。第六节 锅炉主要部件的失效一、汽包的失效一、汽包的失效4 4、内壁腐蚀、内壁腐蚀A A、内壁腐蚀的特征、内壁腐蚀的特征 主主要要发发生生于于汽汽包包下下部部内内表表面面，于于水水接接触触的的部部位位；点点蚀蚀易易发发生生在在焊焊缝缝和和下下降降管管的的内内壁壁上上。腐腐蚀蚀区区没没有有过过热热现现象象，基基本本上上没没有
