钢铁化学成分分析精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇钢铁化学成分分析，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：钢材；化学成分分析；允许偏差

钢材是一种应用范围十分广泛的材料。由于钢材的质量对人们的生活具有十分重要的影响，对钢材的性能必须进行全方位的把握。当前我国已经针对钢材检测方面提出了相应的规范，对整个钢铁化学成分分析的过程进行规定，做到每个分析数值都有对比值。通过大量的操作实践得出最为常用的两种钢铁分析方法是成分分析法和熔炼分析法，这两种方法在操作过程上以及分析的数值都存在着一定的差异。成分分析法的数值在规定的范围内，而熔炼分析法的数值则可能会超出标准，针对这种情况，就在规定中设置了一个允许数值，也可以称之为允许偏差。

1钢材化学成分分析允许偏差简析

对于钢材化学成分分析，主要包括“熔炼分析”与“成品分析”两种，其中GB699《优质碳素结构钢技术条件》与GB700《碳素结构钢》等标准中规定钢材的化学成分由熔炼分析获取。而所谓的熔炼分析，即在钢材浇注过程中采取样锭，并对其进行化学分析，最终获取的分析结果主要表明同一炉或者同一罐钢液的平均化学成分。另外成品分析则是指在经过加工后的成品钢材上进行取样，并对样品进行分析。但是因为钢材在加工处理过程中，钢液结晶时产生的元素排布并不均匀，最终会导致成品分析与熔炼分析结果存在一定差异。一般情况下当熔炼分析值在规定范围内时，成品分析因为结晶环节影响最终分析值要大于标准值，这就需要对超出的范围进行一定的规定，则为允许偏差。新标准的出现规定成品分析可以代替熔炼分析，主要应用在未取得熔炼分析试样或者熔炼分析试样不正确导致分析结果不可靠的情况下，并且成品分析结果要负荷熔炼成分规定。

2钢材化学成分分析允许偏差应用分析

我们根据大量的实践经验进行总结，下面就对钢材化学成分分析的允许偏差进行分析，具体包括以下几个方面。

2.1允许偏差规定变化

随着生产技术水平的不断提高，钢材化学成分分析的允许偏差值也随之发生了变化，相关的规定也会根据外界环境的变化以及生产实际需求的变化做出修订。新标准规定对允许偏差值进行了不同程度的修改。主要体现在元素化学成分分档与允许偏差值发生变化，其中非合金钢与低合金钢中C、P、Ti等元素允许偏差规定有了变化，而对合金钢中允许偏差的规定变化比较大，其中对C、Mn、Si、Ni、Cr等元素允许偏差都存在较大的变化。而对于不锈钢与耐热钢等允许偏差规定变化比较小，只对少数元素规定发生了变化。从整体上来看，无论是针对哪种钢材的允许偏差值进行改变，修改后允许偏差值都要小于修改前数。

2.2成品分析取样原则

对钢铁成品的取样需要按照相关的标准，主要遵循代表性取样原则。通常来讲，在选取样品时，应该查看所选取的样品是否是同一个熔炉内的，如果不是需要按照相应的号码进行标记。取样位置尽量选择在钢材的横截面位置，如果没有横截面，那么需要对钢材外表面的垂直中心位置进行取样，对于大型的钢材则需要选择钢坯轴心的位置。通过合理的取样过程就能够避免因为不同位置的化学元素对检测结果的影响，减少了取样检测的误差。此外，由于取样的时候可能会对操作人员的安全造成威胁，所以必须做好个人的防护工作，同时也应该保证设备以及检测仪器的安全。我国相关的检测标准已经对操作人员的安全问题进行了详细的规定，生产单位需要给人员提供相应的检测服装，避免在取样以及检测的过程中给人员造成身体上的损害，根据实际情况选择是否采取呼吸方面的防护措施。总之，检测的整个过程都应该严格地按照国家规定进行。此外，在做完化学成分分析之后，可能会引起质量上的纠纷问题，为了公平起见，就需要仲裁试验。检测部门应该提供化学成分分析结果的相关依据，并且整个检测的过程都需要由参与检测的双方共同来完成，在制作的过程中使用到的检测器具必须经过双方检查确认之后才能使用，而且对于检测的试样需要一起封存，每一步骤的检测结果都需要双方认可之后才能进行下一步计算，同时一起把检测试样封存起来。检测完成之后，把试样以及检测设备都交给第三方负责人来保存。这些都体现出了新标准中仲裁公平性原则。

2.3准确使用化学成分允许偏差表

在新出台的规定中已经提出了钢材化学成分检测分析的允许偏差，在具体检测的过程中应该尽量保证测试结果的误差值在这个范围内。在使用的时候需要注意以下几方面。第一，针对同一种类钢材的化学成分分析的允许值只能参考同一个表，不能多个表混合参考。第二，尽量保证钢材化学成分分析所得的值接近允许偏差值范围的上限，这样能够减少误差值给试验造成的不良影响。例如某一优质碳素钢成品分析碳含量检测值为0.52%，显示检验结果为合格，应确定此项化学成分在优质碳素钢中规定的最小范围，经验证后得出碳含量单位为0.42~0.50%，证明此钢材含碳量已经超出最大范围，判断结果不能成立。但是在查找对应允许偏差表后，得到规定化学成分范围≤0.50%优质碳素钢上偏差为0.01%，则此材料碳含量0.52%＞0.50%+0.01%，不符合标准。但是在实际检验过程中，存在部分检验人员，在检测出碳含量为0.52%后，就以此数值来查表，而0.52%＞0.50%，按照此数值对应的允许偏差为0.02%，最终得出此钢材碳含量为0.52%=0.50%+0.02%符合标准要求结论，影响材料检验结果的准确性。

3结束语

通过对钢材进行化学分析能够得到相关的数据，帮助我们更好地了解钢铁生产的情况。由于分析的方法不同，所以分析结果得出的数据就不相同，所以我们能够合理运用允许偏差。根据大量的生产实践并结合相关的理论知识，通过对允许偏差的细致分析，能够了解钢材在生产的过程中发生了怎样的变化，并根据实际的需求来更正这种变化，进一步提高钢铁生产质量，得到质量合格的钢铁。

参考文献

[1]刘新华，李龙春，李平.浅议钢材化学成分分析中的允许偏差[J].机械工业标准化与质量，2005，5：32.

[2]王开远.钢的成品化学分析允许偏差及试样制取方法新标准[J].机械工业标准化与质量，2008，5：33-37.

篇2

关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。

制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。

本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。

1.2 试验方法

X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。

XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。

2 试验结果和分析

运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。

从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。

分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。

分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。

具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。

3 结论

从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。

参考文献

[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.

篇3

【关键词】加法再制造；连杆；检验鉴定

再制造机械产品加工技术门类十分广泛，大体可分为三类：第一类是加法再制造，即在零件表面添加一层材料，覆盖由于磨损、腐蚀等造成的材料表面缺陷，以获得所需的材料表面性能，常用到的表面处理技术有高速电弧喷涂技术、纳米复合电刷镀技术以及微脉冲冷焊技术等；第二类是减法再制造，即对旧零件几何尺寸进行修正，去除表面的损伤部分，然后换用相应尺寸的零件重新配合；第三类是替换法再制造，即把已损件用新品替换。再制造产品进入中国市场和中国的再制造技术产品进入国际市场是必须面对的课题，如何对再制造机械产品进行检验鉴定显得至关重要。加法再制造机械产品的特征是：其配合接触面不是新的机械加工面，没有金属光泽，而工作面是经过机械加工的新表面，它的尺寸没有发生变化，但工作面的化学成分发生了变化，从而会进一步引起显微组织和表面硬度也发生变化，因而可以采用化学成分分析、金相检验和硬度检测等方法对加法再制造产品加以鉴别。笔者以经过电刷镀镍处理的50Cr钢汽车连杆为例，对加法再制造机械产品的检验鉴定方法进行了探讨。

一、试样制备与试验方法

加法再制造所用试样为某公司生产的卡车用50Cr钢连杆。在长期的服役过程中，该连杆的大圆端与曲轴相连，由于长时间的摩擦，使得大圆端内孔表面发生磨损。首先对连杆的大圆端内孔进行预处理，包括表面修整、表面清洁、电净处理和活化处理；随后采用特定的工艺对其进行电刷镀技术修复，分别通过化学成分分析法、金相检验法和硬度检测法对连杆的表面镀层进行分析。在化学成分分析法中，采用X荧光分析仪和移动式直读光谱仪分别对表面和基体的化学成分进行检测；金相检验法则是将小块剖面试样镶嵌、磨抛后通过MM6光学显微镜进行截面形貌观察；硬度检测法是将抛光后的金相试样用MH-3型显微硬度计进行测试，载荷为0.098 N，以试样最表面为起点，向基体内部逐点测试，至硬度趋于平稳。

二、试验结果与讨论

（一）化学成分分析法

对经过电刷镀处理的卡车用50Cr钢连杆大圆端内孔表层的镀层进行X荧光分析，结果（质量分数/%，下同）如下： 1. 0Co，87. 52Ni，1. 16Cu，0.08Mo和0.22Pb。磨去表面镀层后，对连杆基体的化学成分进行直读光谱检测，结果如下：0.48C，0. 34Si， 0. 026S， 0. 017P， 1. 08Cr， 0. 71Mn和0.11Ni。对比可以发现，连杆大圆端内孔表层的主要元素成分为镍，而连杆基体中的镍含量非常低，两者存在很大的差别，这与采用以镍为主的电镀液有关，连杆大圆端内孔表层经过电刷镀技术修复，其面形成了一层比较耐磨的镍基合金层，经机械加工到原来的尺寸后，换上新的内衬，连杆的加法再制造就完成了。因此在了解了机械零件的配合接触面和工作面的表面情况及尺寸变化的基础上，结合采用化学成分分析法就可以方便地鉴别出该零件是否经过了加法再制造处理。

（二）金相检验法

由显微镜可以看到，上部灰色部分为连杆基体显微组织，而下部的白亮金属层就是电刷镀镍层，平均厚度在40Lm左右，最厚处可达到70Lm，该镀镍层与连杆基体的组织和性能完全不同。在基体的表面形成一层新的金属耐磨层，不但可以修复旧的零件，而且还可以提高零件的耐磨性。由此可见，在了解了机械零件的配合面和工作面的表面情况及尺寸变化的基础上，采用金相检验法同样可以检测出零件是否经过了加法再制造。

（三）硬度检测法

连杆大圆端内孔表面电刷镀镍层的硬度高达1 000 HV左右，明显高于基体的硬度400 HV，并且表层与基体之间有比较好的过渡。由此可见，在了解了机械零件的配合面和工作面的表面情况及尺寸变化的基础上，硬度检测法也可以作为鉴别加法再制造产品的一种参考方法。

（四）三种方法的结合使用

鉴于上述三种方法都有各自的优缺点，如能将其结合使用，便可以更加准确地对产品是否经过了加法再制造进行评判。例如上述金相检验法的测试结果显示镀层最厚处可达到70Lm，与硬度检测法的检测结果相吻合，因此将两者结合可以更加肯定该产品经过了镀镍处理。而在有些情况下，表面涂镀层非常薄，有时只有几微米，采用金相检验法尽管可以看到表层与基体有差别，但无法肯定是否涂有镀层，此时可结合化学成分分析法，分别对表层和基体的化学成分进行检测。

（五）讨论

加法再制造的工件多为钢铁件，通常在其表面增加一些与基体不同的材料，如镍、铬等，来改善产品性能，由于新材料与母材存在一些差异，因此可以采用化学成分分析法、金相检验法和硬度检测法来判断产品是否经过了加法再制造。化学成分分析法是采用X荧光分析仪或便携式直读光谱仪对工件表面和基体材料分别进行化学成分分析。由于加法再制造后有新的材料附加在原有的基体上，其表面与基体的成分必然存在很大区别因此可以从成分的不同来进行检验。该方法采用的设备为便携式的，方便用于现场检验，零件的破坏性也相对较小，且可以判断再制造表层的成分，见是一种较为理想的检验方法。

金相检验法是利用加法再制造产品的表层和基体材料不一致的原理，对于同一材料，于采用了一定的热处理或表面处理工艺，微观结构也会存在着明显差异，如晶粒的大小，影响区及显微组织的变化等，过这些差异可以鉴别出零件是否经过了加法再制造。该检测结果更加直观，且可以测出再制造表层的厚度，是制样比较麻烦，且所用试样必须从原零件上切割下来，于破坏性检测。由于加法再制造可以增加零件的耐磨性，因此再制造表层的硬度相对基体硬度更高。但是考虑到导致零件表面硬度提高的外来因素较多，此硬度检测法仅仅可以作为一种参考的方法。

三、结论

对于加法再制造机械产品，以采用化学成分分析法、金相检验法和硬度检测法等方法加以鉴别；种方法都有各自的优缺点，以根据实际情况选择适当的检测方法；若将其综合利用，对加法再制造机械产品的鉴别效果会更好。

参考文献：

篇4

（中国核电工程有限有限公司，福建 福清 350300）

【摘　要】某核电厂PTR系统冷却水泵法兰运行过程中产生大量缺陷，发生了硼泄漏，对核安全造成威胁。通过化学成分检验、力学分析、组织结构分析等手段对法兰进行取样失效分析。试验发现法兰本体材料以及焊接热影响区域组织晶粒粗大，非金属夹杂物在管内晶界处连续分布。冷却水泵运行引起管道以及法兰的振动峰值速度提高。在存在非金属夹杂物的情况下，在管材内壁的非金属夹杂物处产生了疲劳裂纹，并不断向外扩展，最终导致法兰的泄漏。

关键词 失效分析；法兰；PTR系统；核电站

作者简介：唐世延 (1982—)，男，安徽砀山人，工程师，毕业于西南交通大学，研究方向为核电站新技术研究及管理。

0　引言

反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统(简称：PTR系统)是反应堆中的重要系统，它为核燃料厂房的乏燃料水池和反应堆厂房的反应堆换料水池服务，以保证乏燃料元件贮存池的持久冷却和反应堆换料水池的注水、排水和净化。

某核电厂PTR系统在运行过程中发现PTR003VB法兰发生泄漏，外表面出现硼结晶体。液体渗透检查发现在近焊缝处存在多处长约3~5mm线性缺陷显示，缺陷位于管道内壁且距离焊缝边缘约0.3mm的焊接热影响区。PTR系统其它同类法兰经液体渗透检查发现，8片法兰中有7片法兰存在线性缺陷显示。为保障核电站反应堆冷却介质的状态，确保核电站安全运行，防止后续类似事故发生，非常有必要对PTR系统失效法兰开展失效分析，判断其失效性质并分析失效原因。

1　试验方法

采用液体渗透探伤、材料化学成分分析（EDS, FEI NANO400）、材料力学性能测试（电子万能试验机，WDW-100C）、基材及裂纹截面金相分析(OM,Olympus OLS4000)、裂纹断口扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS，FEI NANO400）等方法进行失效分析。

2　试验结果与分析

2.1　化学成分分析

失效法兰的材质为304L奥氏体不锈钢,为验证材料化学成分是否符合标准要求，从失效的法兰上截取试样进行化学成分分析，分析结果表明，化学成分符合规范的技术要求，但成分分析中发现存在较高含量（0.07%）的Al。

2.2　力学性能分析

根据GB/T228.1对失效法兰材料进行力学性能测试，结果表明，该材料的屈服强度，抗拉强度和伸长率指标均符合标准要求。

2.3　显微组织分析

对失效法兰母材与热影响区金相组织进行对比，发现焊接热影响区晶粒尺寸较大，这与焊接过程中热输入有关。

对失效法兰母材的晶界结构进行扫描电镜分析，发现夹杂物主要沿晶界分布。能谱分析结果表明夹杂物中含有Al2O3、MnS夹杂物以及Al2O3-SiO2-CaO 系复合夹杂物，上述夹杂物中以含Al的夹杂物居多。根据GB/T10561对法兰基体材料进行了夹杂物评级，评级结果为1.0~1.5级。

2.4　裂纹分析

对裂纹断口的全貌进行分析，在内壁附近可以观察到端面呈现一系列相互平行的条纹，略微弯曲，呈波浪状，并与裂纹微观扩展方向垂直，裂纹的扩展方向均朝向波纹凸出的一侧，此为疲劳裂纹的典型特征。在裂纹断口上还发现各种形态的夹杂物，EDS检测结果表明这些夹杂物为富含Al、S的非金属夹杂物。

通过扫描电镜观察管壁局部微裂纹的形貌，在微裂纹中间部位可观察到条状夹杂物，能谱分析显示含有较高含量的Al，这进一步证实了含Al夹杂物对于该法兰失效起到了至关重要的作用。

3　讨论

扫描电镜及能谱分析结果表明，材料中存在大量的含铝相非金属夹杂物。化学成分分析结果证实Al含量高达0.07%，较高的Al含量与材料的冶炼、铸造和加工过程有关。Al2O3为钢中较为常见的夹杂物，Al2O3可以有许多种形态，由于它的熔点高（2050℃），所以它往往以初晶刚玉析出，刚玉是六角形且可以与其他三价M2O3类氧化物完全互溶[1]。Al2O3的来源主要有两类：其一是将铝加入钢中脱氧时生成的，其尺寸为1~4μm左右；其二是来自耐火材料。文献[2-3]曾对304不锈钢中的夹杂物来源进行过分析，发现冶炼过程中耐火砖材料是Al的主要来源，夹杂物的主要种类是Al2O3-SiO2-CaO系复合夹杂、Al2O3夹杂、Al2O3-SiO2系硅酸盐夹杂以及SiO2夹杂。

钢中非金属夹杂物的存在降低材料的塑性、韧性和疲劳性能，尤其当夹杂物以不利的形状和分布特征存在时，对材料的力学性能影响更为严重[4-5]。危害性最大的夹杂物是来源于炉渣和耐火材料的外来氧化物，它们尺寸大、形状不规则、分布集中并且变形性差。这些夹杂物塑性很差（MnS除外），与基体相属于非共格关系，结合力较弱，其存在往往成为潜在的裂纹源，特别容易引起部件的早期疲劳破坏[6]。同时，铝硅钙夹杂物具有较高的熔点和硬度，其硬度随Al2O3含量的增加而升高，变形量小，当压力加工变形量增大时，铝硅钙被压碎并沿着加工方向呈串链状分布，严重地破坏了钢基体均匀的连续性。

钢中非金属夹杂物的变形行为与基体之间的关系，可用夹杂物与基体之间的相对变形量来表示，即夹杂物的变形率V。夹杂物的变形率可在0~1范围变化，若变形率低，钢经加工变形后，由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本上不变形，便在夹杂物和钢基体的界面处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的界面处产生微裂纹。在交变载荷的作用下，非金属夹杂物便成为构件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。

疲劳裂纹起裂于不均匀局部滑移而形成的微裂纹，主要方式为表面滑移带形成、第二相、夹杂物或其界面起裂，晶界或亚晶界起裂、各类冶金缺陷和工艺缺陷的起裂等。工程金属疲劳裂纹的萌生多发现于第二相、夹杂物处，这些部位在较低的应力下就会出现应力应变集中，裂纹易于萌生并扩展。因此，在疲劳应力作用下，疲劳易于在材料中含有上述非金属夹杂物处开始萌生和扩展。失效的管道法兰所属管道所处位置靠近水泵，该泵正常运行时为常开状态，水泵运行时的振动通过管道传导至失效的法兰，从而提供了法兰产生疲劳失效的交变载荷。

由于法兰在焊接部位为壁厚4mm的薄壁管，较多的含Al非金属杂物较多，晶粒粗大，且失效法兰所属管道的平均振动幅度为PTR系统中最大的等因素叠加使得法兰以疲劳方式失效。

4　结论

焊缝热影响区以及母材晶粒粗大，非金属夹杂物在管内壁断口区域连续分布，裂纹萌生于管材内壁的非金属夹杂物处，在疲劳载荷作用下不断向外扩展，最终导致法兰以疲劳方式失效。

参考文献

［1］董履仁,刘新华. 钢中大型非金属夹杂物[M].北京:冶金工业出版社,1991.

［2］张雅丽,王建军,罗林根,郭上型,孔辉,周俐.304奥氏体不锈钢铸锭中非金属夹杂物研究[J].安徽工业大学学报,2011,28(4):350-354.

［3］李双江,李阳,姜周华,李伟坚.304奥氏体不锈钢夹杂物的冶金行为[J].东北大学学报:自然科学版,2010,31(3):402-405.

［4］曾光廷,李静缓,罗学厚.非金属夹杂物与钢的韧性研究[J].（下转第334页）（上接第291页）2000,18(2):87-91.

［5］许忠波,EL.Gammal.钢中夹杂物含量及其形态对钢力学性能的影响[J].钢铁研究学报,1994,6(4):18-23.

篇5

关键词：液氨管道；不锈钢三通；应力腐蚀裂纹；失效分析

中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0072-03

1 概述

某电厂氨区液氨管道不锈钢三通发生开裂泄漏，不锈钢三通规格为Φ108×4mm，材质为SA-213TP304H，运行介质为氨蒸汽，运行温度约200℃，运行压力小于1MPa，运行时间约15000h。

2 检验内容

2.1 宏观检查

对发生开裂的不锈钢三通进行宏观检查，宏观照片及取样位置示意图如图1所示。

宏观检查发现，三通本体两侧各有一条裂纹，一侧裂纹长约90mm，另一侧裂纹长约55mm，两条裂纹形态均为平直型，裂纹开口较小，没有明显的宏观塑性变形。三通外表面腐蚀不明显，但剖开后发现内表面有较多的腐蚀产物。

2.2 化学成分分析

对不锈钢三通取样钻取铁屑，利用PerkinElmer Optima210 0DV电感耦合等离子体发射光谱仪和C、S分析仪，依据GB/T 20123-2006《钢铁 碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法》及GB/T 223《钢铁及合金化学分析方法》进行化学成分分析，成分分析结果见表1。

化学成分结果表明，三通取样的C含量低于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢C含量规定的下限值，但仍在允许的偏差范围内，而P含量高于标准规定的上限值，Cr含量低于规定的下限值，P和Cr的含量已超出标准允许的偏差范围。

2.3 室温拉伸试验

依据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》，对三通取样进行室温拉伸试验，拉伸试样采用弧线试样，保留原表面，使用设备为日本岛津AG-IC 100kN精密电子万能材料试验机。试验结果见表2。

室温拉伸试验检验结果表明，三通取样的室温抗拉强度和屈服强度显著高于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢规定的上限值，而延伸率则明显偏低，不到标准规定下限值的一半。

2.4 金相检验

采用ZEISS AXIOVERT 200 MAT研究级倒置万能金相显微镜，依据GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》对三通本体断面处取样1#、三通本体裂纹尖端处取样2#和直段母材取样3#进行观察和检验，金相检验照片见图2～图4，金相检验结果如下：

由图2金相组织照片可以看出，三通本体断面处取样1#的金相组织为奥氏体组织，基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，晶粒度为5～6级。断面处呈沿晶断裂特征，可见二次裂纹。

由图3金相组织照片可以看出，三通本体裂纹尖端处取样2#的金相组织为奥氏体组织，基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，晶粒度为5～6级。裂纹有明显的分叉，裂纹以沿晶型开裂特征为主。

由图4金相组织照片可以看出，直段母材取样3#的金相组织为孪晶奥氏体组织，晶粒度为6～7级，组织正常。

2.5 非金属夹杂检验

采用ZEISS AXIOVERT 200 MAT研究级倒置万能金相显微镜，依据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》对三通取样进行非金属夹杂物检验，检验照片见图5，检验结果见表3。

非金属夹杂物检验结果表明，各位置取样的非金属夹杂物等级满足GB5310-2008的要求。

2.6 维氏硬度试验

对各位置取样的金相样品表面进行维氏硬度检验，维氏硬度检验依据GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》标准，在金相检验面进行，测试设备为HV-50Z型自动转塔数显维氏硬度计，试验力为10kgf，试验力保持时间10s。维氏硬度检验结果见表4。

三通取样的维氏硬度检验结果表明，三通本体取样的硬度值显著高于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢规定的上限值，直段母材取样的硬度值满足标准要求。

2.7 扫描电镜微观观察及能谱分析

依据JY/T 010《分析型扫描电子显微镜方法通则》，对三通断口取样进行扫描电镜微观观察及能谱微区成分分析，结果见图6和图7。

通过对三通断口的扫描电镜观察及能谱分析可以看出，断口由内壁侧启裂向外壁侧扩展，整个断面均为冰糖块状的沿晶型断裂特征，断面上覆盖有较多的腐蚀产物，内壁侧启裂区尤为明显，且有较多的腐蚀坑。对腐蚀产物的能谱分析发现，腐蚀产物中有一定量的Cl、S等腐蚀性元素。

3 分析与讨论

综上理化检验结果分析，三通强度和硬度显著高于标准的规定值（抗拉强度均值是标准规定下限值的2.2倍，屈服强度均值是标准规定下限值的4.8倍，硬度均值是标准规定上限值的2.2倍），且金相检验发现三通本体基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，这些特征表明，三通在加工完成后没有进行固溶处理，形变硬化程度较高，内应力没有消除。

其次，宏观检验发现三通内表面有较多的腐蚀产物，断口扫描电镜观察发现断口由内壁侧启裂向外壁侧扩展，整个断面均为冰糖块状的沿晶型断裂特征，断面上覆盖有较多的腐蚀产物，内壁侧启裂区尤为明显，且有较多的腐蚀坑。对腐蚀产物的能谱分析发现，腐蚀产物中有一定量的Cl、S等腐蚀性元素。同时，金相检验发现，裂纹有明显的分叉，裂纹以沿晶型开裂特征为主。以上特征表明，该三通裂纹具备应力腐蚀裂纹的特征，且运行环境中存在Cl等腐蚀性元素。

再者，对三通的化学成分检验发现，取样的P含量高于标准规定的上限值，Cr含量低于规定的下限值。过高的P含量易引起P元素在晶界偏聚，弱化晶界，而过低的Cr含量会降低不锈钢的耐蚀性能。

因此，综合分析，该三通未进行固溶处理，强度过高，韧性不足，存在较大的内应力，同时，运行环境中存在Cl等腐蚀性元素，导致该三通发生了应力腐蚀开裂，而P含量过高，Cr含量过低进一步加速了应力腐蚀裂纹的萌生和扩展，最终引起泄漏失效。

4 结论及建议

液氨管道不锈钢三通的裂纹为应力腐蚀裂纹，造成三通开裂的主要原因是该三通未进行固溶处理，且运行环境中存在Cl等腐蚀性元素，而三通材质P含量过高，Cr含量过低促进了应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。针对以上结论，建议如下：

（1）对制造三通的原始材料进行理化性能检验，确保各项性能满足相关标准的规定；

（2）三通制造成型后及时按标准进行固溶处理，充分消除加工引起的形变硬化和内应力；

（3）对运行环境进行筛查，避免Cl元素等不锈钢应力腐蚀开裂敏感性元素进入运行环境中。

参考文献