腐蚀与损伤教案(锅炉、压力容器、压力管道)

腐蚀与损伤

（教案）

2006年9月

主要内容

第一部分金属材料的腐蚀

一金属腐蚀及种类

二腐蚀的危害性

三全面腐蚀

四局部腐蚀

1.点蚀

2.缝隙腐蚀

3.磨损腐蚀

4.涂层破损处的局部大气锈蚀

五晶间腐蚀

六应力腐蚀开裂

1.碱脆

2.不锈钢的氯离子应力腐蚀破裂

3.湿硫化氢应力腐蚀破裂（SSCC）

4.其它常见应力腐蚀破裂体系

七腐蚀疲劳

八氢损伤

1.氢鼓包

2.氢脆

3.脱碳

4.氢腐蚀

九腐蚀防护

第二部分金属材料的损伤与失效

一、金属材料的损伤

1.疲劳损伤

2.介质损伤

3.热损伤

4.交互损伤

二、失效与失效分析

1.失效的概念

2.失效分析的意义

3.失效分析的基本思路

4.破坏种类及特征

5.韧性破坏

6.脆性破坏

7.腐蚀破坏

8.疲劳破坏

9.蠕变破坏

10.复合破坏

11.失效分析的主要手段

12.断口保护

第一部分金属材料的腐蚀

操作介质或环境对锅炉压力容器压力管道的腐蚀普遍存在，对锅炉压力容

器压力管道的安全运行构成威胁。因此研究腐蚀对指导锅炉压力容器压力管道

的管理、检验及安全监察均具有重要意义。腐蚀检验是锅炉压力容器压力管道

定期检验中的主要内容之一。本节介绍金属腐蚀的分类、几种危害较大的腐蚀

形式以及腐蚀的防护或避免措施等。

一、金属腐蚀及种类

金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料

遭受破坏的现象称为腐蚀。如铁生锈、铜发绿锈、铝生白斑点等。金属的腐蚀

按照机理（或原理）可分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。

化学腐蚀：化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，它

的特点是腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程中有电子得失但没有电流的产生。金

属的高温氧化及脱碳就属于化学腐蚀，高温高压临氢环境中金属的氢腐蚀也属

于化学腐蚀。

电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀称电化学腐

蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生。锅炉压力容器压力管道的应力腐蚀、

晶间腐蚀均属于电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀必须存在电解质、被腐蚀区域

（电位低，为阳极）与其他区域（电位高，为阴极）存在电位差。阳极金属失

去电子成为金属离子，从而造成腐蚀。

其它分类方法：

按照温度分：低温腐蚀和高温腐蚀。

按照环境分：化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等。

按照金属破坏的形式可分为10类，分别为全面腐蚀、电偶腐蚀、孔蚀（点蚀）、

缝隙腐蚀、选择性腐蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、氢

损伤。这种方法比较直观，使用场合广泛。

二、腐蚀的危害性

腐蚀会使管道整体或局部壁厚减薄，承载能力下降、造成破裂。

腐蚀会造成危害性极大的裂纹，造成管道的裂穿泄漏、严重时会造成突然

破裂或爆炸。

三、全面腐蚀

全面腐蚀也叫均匀腐蚀，这是在较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀，

如管道内壁表面遭受介质的全面腐蚀，外壁裸露表面（或有涂料但已全面失效）

遭受的大气锈蚀等。

遭受全面腐蚀的管道，壁厚逐渐减薄，最后破坏。从工程的角度看，全面

腐蚀并不是威胁很大的腐蚀形态，因为设计时可考虑足够的腐蚀裕度。但应注

意的是，在管道使用过程中，腐蚀速度往往因环境恶化（如超温、加进腐蚀性成

份等）而加剧，因此定期检验对全面腐蚀的检查是十分必要的，通过定点测厚，

掌握壁厚减薄的情况。但是定期检验工作不力、壁厚腐蚀减薄而发生事故的事

例屡见不鲜。

四、局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀）

1.点蚀

集中在金属表面个别小

位置上的深度较大的腐蚀称

为点蚀，也叫孔蚀。

大多数情况下，蚀孔是

比较小的。蚀孔之间有时互相

（d）皮下囊形（e）掏蚀形

孤立，有时十分靠近，密集在

一起。蚀孔直径等于或小于深

（水平形）（垂直形）

度，蚀孔形态见图lo（f）显微结构取向

点蚀是最具有破坏性的图1点腐蚀坑的各种剖面形状（取自ASTMG46—76）

和隐藏的腐蚀形态之一。它常常使得设备在重量损失还很小的情况下就穿孔而

产生泄漏。

奥氏体不锈钢设备在含氯离子或溟离子的介质作用下最容易产生点蚀。不

锈钢外壁如果常被海水或天然水润湿，也会产生点蚀，这是因为海水或天然水

中含有一定的氯离子。

2.缝隙腐蚀

当管道介质为电解质溶液时，在与介质接触的缝隙处，如法兰垫片处、单

面焊未焊透处等，均会产生缝隙腐蚀，见图2。

图2单面焊未焊透引起的缝隙腐蚀

产生缝隙腐蚀的缝隙宽度，必须能使介质进入缝隙而又使这些介质处于滞

留状态，因此腐蚀常常发生在缝隙口宽度在0.2mm或更小的场合。纤维类的垫

片、盘根等，能使电解质溶液在靠近金属表面处完全滞留，因此容易产生严重

缝隙腐蚀。

一些钝性金属如不锈钢、铝、钛等，容易产生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀在许多

介质中发生，但以含氯化物的溶液中最严重。

缝隙腐蚀的机理，一般认为是浓差腐蚀电池的原理，即缝隙内和周围溶液

之间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成的。

3.磨损腐蚀

磨损腐蚀也称为冲刷腐蚀。介质流向突然发生改变，对金属及金属表面的

钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表

面发生激烈的电化学腐蚀，从而造成比其他部位更为严重的腐蚀损伤。这种损

伤是金属以其离子或腐蚀产物从金属表面脱离，而不是像纯粹的机械磨损那样

以固体金属粉末脱落。

如果流体中夹有汽泡或固体悬浮物时，则最易发生磨损腐蚀。

不锈钢的钝化膜耐磨损腐蚀性能较差，钛则较好。

4.涂层破损处的局部大气锈蚀

对于化工厂的碳钢设备，这种腐蚀有时会很严重，因为化工厂区的大气中

常常含有酸性气体，比自然大气的腐蚀性强得多。

五、晶间腐蚀

晶间腐蚀是腐蚀局限在晶界和晶界附近，而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐

蚀形态。晶间腐蚀是由晶界的杂质，或晶界区某一合金元素增多或减少而引起

的。

晶间腐蚀造成晶粒脱落，使机械强度和延伸率显著下降，但仍保持原有的

金屑光泽，不易发现，常造成设备突然破坏，危害很大。最易产生晶间腐蚀的

是铭镇奥氏体不锈钢。关于铭银奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因，已被公认的是

贫铭理论。奥氏体不锈钢中碳与Cr及Fe能生成复杂的碳化物（Cr、Fe）23C6,在

高温下固溶于奥氏体中。若将钢由高温缓慢冷却或在敏化温度范围（450~850℃）

内保温时，奥氏体中过饱和的碳将和Fe、C,化合成（Cr、Fe）23c6,沿晶界沉淀

析出。由于铝的扩散速度比较慢，这样生成（Cr、Fe）23c6所需要的Cr必然要从

晶界附近摄取，从而造成晶界附近区域铝含量降低，即所谓贫铭。如果铭含量

降到12%（钝化所需极限）以下，则贫铭区处于活化状态，它和晶粒之间构成原电

池。晶界区是阳极，面积小；晶粒是阴极，面积大，从而造成晶界附近贫铭区

的严重腐蚀。图3是晶界贫信区腐蚀的示意图。

当奥氏体不锈钢被加热到450〜850C的敏化温度范围时，则晶间腐蚀特别

敏感。焊接时的热影响区正好处于敏化温度范围内，容易造成晶间腐蚀。因此,

在施焊时，严格控制焊接电流和返修次数，以尽可能减小热输入量。

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的控制有三条途径：采用高温固溶处理，即固溶淬

火；添加稳定化合金元素，如Ti、Nb等；降低钢中的碳含量至0.03%以下。

(

卓30

、20

竭10

6

图318-8钢晶界析出碳化珞后造成晶间腐蚀示意图

Q）品界附近碳、辂含量分布;（b）晶界贫辂区被腐蚀的情况;（c）1ft界贫格区被腐蚀的剖面图

六、应力腐蚀开裂

金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的断裂破坏，称为应

力腐蚀破裂。

发生应力腐蚀破裂的时间有长有短，有经过几天就开裂的，也有经过数年

才开裂，这说明应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的孕育期。

应力腐蚀裂纹呈枯树枝状（开杈），大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。

裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型（沿晶型）和二者兼有的混合型。

焊接、冷加工及安装时残余应力是主要的应力来源。

并不是任何的金属与介质的共同作用都引起应力腐蚀破裂。某种金属材料

只有在某些特定的腐蚀环境中，才发生应力腐蚀破裂。

1.碱脆

金属在碱液中的应力腐蚀破裂称碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢等多种金

属材料皆可发生碱脆。碳钢（含低合金钢）发生碱脆的趋向见图4。由图可知，氢

氧化钠浓度在5%以上的全部浓度范围内碳钢几乎都可能产生碱脆；碱脆的最低

温度为50℃,所需碱液的浓度为40%~50%。以沸点附近的高温区最易发生。

裂纹呈晶间型。对奥氏体不锈钢，氢氧化钠浓度在0.1%以上时即可发生碱脆。

氢氧化钠浓度40%最危险，这时发生碱脆的温度为115℃左右。超低碳不锈钢的

碱脆裂纹为穿晶型，含碳量高时，碱脆裂纹则为晶间型或混合型。当奥氏体不

锈钢中加入2%铝时，则可使其碱脆界限缩小，并向碱的高浓度区域移动。镇和

银基合金具有较高的耐应力腐蚀的性能，它的碱脆范围变得狭窄，而且位于高

温浓碱区，如图5。

图4碳钢在减液中的应力腐蚀破裂区图5不锈钢在减液中的应力腐蚀破裂区

2.不锈钢的氯离子应力腐蚀破裂

氯离子不但能引起不锈钢孔蚀，更能引起不锈钢的应力腐蚀破裂。

发生应力腐蚀破裂的临界氯离子浓度随温度的上升而减小，高温下，氯离子

浓度只要达到104g/kg(ppm),即能引起破裂。发生氯离子应力腐蚀破裂的临

界温度为70℃,工业中发生不锈钢氯离子应力腐蚀破裂的情况相当普遍。

不锈钢氯离子应力腐蚀破裂不仅发生在内壁，发生在外壁的事例也屡见不

鲜，见图6O作为管外侧的腐蚀因素，被认为是保温材料的问题，对保温材料进

行分析的结果，被检验出含有约0.5%的氯离子。这个数值可认为是保温材料中

含有的杂质，或由于保温层破损、浸入的雨水中带入并经过浓缩的结果。

图6不锈钢管道外壁的应力腐蚀破裂

不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的树枝状穿晶型裂纹，并常常以孔蚀为

起源，如图7。

图7lCrI8Ni9Ti以孔蚀为起点的穿晶应力腐蚀破裂

3.湿硫化氢应力腐蚀破裂（SSCC）

金属在同时含硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀破裂即为硫化物腐蚀破

裂，简称硫裂。在天然气、石油采集，加工炼制，石油化学及化肥等工业部门

常常发生硫裂事故。

发生硫裂所需的时间短则几天，长则几个月到几年不等，但是未见超过十

年发生硫裂的事例。

硫裂的裂纹较粗，分支较少，多为穿晶型，也有晶间型或混合型。

按照HG2058L1998《钢制化工容器材料选用规定》，所谓湿硫化氢是指：

（1）温度小于等于（60+2P）℃,P为压力，Mpa；

(2)硫化氢分压大于等于350Pa,即相当于常温水中硫化氢溶解度大于等

于10PPM；

(3)介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；

(4)Phv9或有氟化物存在。

为了避免湿硫化氢环境中碳钢和低合金钢的应力腐蚀，应当：

(1)材料标准规定的屈服强度小于等于335Mpa；

(2)材料实测的抗拉强度小于等于630Mpa；

(3)材料使用状态应至少为正火或正火+回火、退火、调质状态；

(4)碳当量限制(当碳当量超标时，应加大硬度限制频度)：对低碳

钢和碳镒钢：CE^0.40CE=C+Mn/6;

对低合金钢：CEW0.45

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

(5)对非焊接件或焊后经正火或回火处理的材料，硬度限制为：低

碳钢HV(10)/220(单个值)；低合金钢HV(10)W245(单

个值)。

(6)壳体用钢板厚度大于20mm时，应按JB4730进行超声波探伤,

符合II级要求。

碳钢和低合金钢在20-40C温度范围内对硫裂的敏感性最大，但奥氏体不锈

钢的硫裂大多发生在高温环境，随着温度升高，奥氏体不锈钢的硫裂敏感性增

加。

在含硫化氢及水的介质中，如果同时含醋酸，或者二氧化碳和氯化钠，或

磷化氢，或碎、硒、睇、孺的化合物或氯离子，则对钢的硫裂起促进作用。

对于奥氏体不锈钢的硫裂，氯离子和氧起促进作用。

对碳钢和低合金钢来说，淬火+回火的金相组织抗硫裂最好，未回火马氏体

组织最差。钢抗硫裂性能依淬火+回火组织-正火+回火组织f正火组织f未回

火马氏体组织的顺序递降。

钢的强度越高，越易发生硫裂。通常规定HB<200。

(a)管道内表面焊缝附近

(b)焊缝断面(下为管内表而)x2.5

图8碳钢应力腐蚀裂纹

4.其它常见应力腐蚀破裂体系

(1)碳钢和低合金在农用液氨中的应力腐蚀破裂

纯净的液氨不会引起破裂，当液氨中混入空气(。2、N2、CO2),如化肥工

业中的农用液氨，则会引发应力腐蚀破裂，在液相部位和气相部位均会产生。

如液氨中含水量超过0.2%时，可抑制破裂的产生。对焊缝进行消除残余应力的

热处理，是必要的防护措施。

(2)碳钢在C0-C02—H2O环境中的应力腐蚀破裂

在合成氨、制氢的脱碳系统、煤气系统、有机合成及石油气等工业中常发

生这类损伤事故。

七、腐蚀疲劳

交变应力与化学介质共同作用下引起金属力学性能下降、开裂，甚至断

裂的现象称为腐蚀疲劳。介质与应力的共同作用往往比它们单独作用或二者简

单叠加更加有害。有时腐蚀性很弱的介质，像水、潮湿空气等也能起很大作用,

使材料或物件发生破坏的危险性增加，这种现象很容易被忽视，因此需要给予

足够的注意。

腐蚀疲劳裂纹的特征如下：腐蚀疲劳裂纹往往有很多条，但无分枝，这

是与应力腐蚀裂纹的区别。裂纹一般是穿晶的。

八、氢损伤

氢渗透进入金属内部而造成金属性能劣化称为氢损伤，也叫氢破坏。氢损

伤可分为四种不同类型：氢鼓包、氢脆、脱碳和氢腐蚀。

1.氢鼓包

主要发生在含湿硫化氢的介质中。

硫化氢在水中电解产生氢离子，氢离子从铁原子获得电子变为氢原子。

由于S?+在金属表面的吸附对氢原子复合氢分子有阻碍作用，从而促进氢原

子往金属内渗透。当氢原子向钢中渗透扩散时，遇到了裂缝、分层、空隙、夹

渣等缺陷,就聚集起来结合成氢分子造成体积膨胀,在钢材内部产生极大压力（可

达数百MPa）。如果这些缺陷在钢材表面附近，则形成鼓包，如图9所示。如果

这些缺陷在钢的内部深处，则形成诱发裂纹。它是沿轧制方向上产生的相互平

行的裂纹，被短的横向裂纹连接起来形成“阶梯”，如图10所示。劣化

空气

图9氢鼓包机理示意及氢鼓包图

图1016Mn低合金钢在H2S腐蚀环境中发生的氢诱发阶梯裂纹

2.氢脆

不论以什么方式进入钢内的氢，都将引起钢材脆化，即延伸率、断面收缩

率显著下降，高强度钢尤其严重。若将钢材中的氢释放出来（如加热进行消氢处

理），则钢的机械性能仍可恢复。氢脆是可逆的。

3.脱碳

在工业制氢装置中，高温氢气设备易产生脱碳损伤。钢中的渗碳体在高

温下与氢气作用生成甲烷：

Fe3C+2H2->3Fe+CH4f

反应结果导致表面层的渗碳体减少，而碳便从邻近的尚未反应的金属层逐

渐扩散到这一反应区，于是有一定厚度的金属层因缺碳而变为铁素体。脱碳的

结果造成钢的表面强度和疲劳极限的降低。

4.氢腐蚀

钢受到高温高压氢作用后，其机械性能变劣，强度、韧性明显降低，并且

是不可逆的，这种现象叫做氢腐蚀。（略）

九、腐蚀防护

关于腐蚀防护的方法很多，但应当按照腐蚀的种类和机理合理选择。如合

理选材、设计合理的结构、规范地进行制造安装和管理、定期检验、阴极保护、

阳极保护、涂层等。在此不再叙述。

第二部分金属材料的损伤与失效

一、金属材料的损伤

在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成材料性能下

降、开裂或结构承载能力下降，称为损伤，损伤具有不可逆特征，损伤可能发

展为失效和断裂。

典型损伤过程包括疲劳损伤、介质损伤、热损伤和组合损伤。

1.疲劳损伤

变化的应力，特别是频繁变化的应力，会在应力集中区域造成疲劳裂纹。

例如：由于管道振动，在与设备连接位置（焊缝）产生的对称的疲劳裂纹。

疲劳损伤包括低周疲劳损伤和高周疲劳损伤。

2.介质损伤

介质，包括工艺介质和环境介质（如潮湿的空气、外部水环境、雨水等）会

造成腐蚀。表现为腐蚀坑、全面腐蚀减薄、应力腐蚀开裂等。

例如：

酸介质的全面腐蚀：减薄，承载能力下降

湿硫化氢导致的应力腐蚀开裂：穿透泄漏、爆炸

锅炉尾部受热面的露点腐蚀：局部减薄、泄漏

岩棉保温管道+雨水带来的不锈钢管道的应力腐蚀开裂：泄漏

埋地管道防腐层损坏位置的溃疡状腐蚀：破裂泄漏

锅炉水侧的氧腐蚀和垢下腐蚀：破裂泄漏

高温高压临氢环境的氢损伤：加氢反应器

3.热损伤

热疲劳:由于存在随时间变化的温度梯度而在构件中产生交变热应力造成的

疲劳开裂现象。锅炉中常见。

珠光体的球化:碳素钢、Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢在高温作用下，钢材中表

面能较高的层片状的珠光体会逐步演化为表面能较低的球状，造成硬度和强度

下降。称为珠光体的球化。15CrM。钢的珠光体完全球化如下图。

1000X4000X

渗碳体的石墨化:碳素钢在427c以上，1/2铝钢在480C以上时，在高温长

期作用下，钢材中的渗碳体分解为游离的石墨和铁，石墨聚集成球团状，造成

材料力学性能下降。这种现象称为渗碳体的石墨化。

碳素钢的石墨化（500X）

过热:一般认为，金属由于加热温度过高或高温保温时间过长而引起晶粒粗

大的现象就是过热。过热将引起材料的塑性、冲击韧度、疲劳性能、断裂韧度

及抗应力腐蚀能力下降。至于晶粒粗大到什么程度算过热，应视具体材料而

有所不同。碳钢（包括亚共折钢和过共折钢）、轴承钢和一些钢合金，过热之后

往往出现魏氏组织；马氏体和贝氏体钢过热之后往往出现晶内织构组织；

lCrl8Ni9Ti>lCrl3和Crl7Ni2等不锈钢过热之后a相（或6铁素体）显著增

多；工模具钢（或高合金钢）往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。

钛合金过热后出现明显的P晶界和平直细长的魏氏组织（图片8-423）,这些通

过金相检查便可以判定。对铝合金的过热现在没有明确的判定标准。

一般过热的结构钢经正常热处理（正火、淬火）之后，组织可以得到改善，

性能也随之恢复。

过烧:加热温度比过热的更高，但与过热没有严格的温度界限。一般以晶粒

边界出现氧化及熔化为特征来判定过烧。如对碳素钢来说，过烧时晶界熔化、

严重氧化。一般不能通过热处理过程恢复，锻件过烧后一般要报废。

蠕变:金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变

形的现象，称为蠕变。对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下才明显表现

出来。但是，某些金属，如铅、锡及它们的合金，在常温条件下，也能表现出

蠕变现象。产生蠕变所需的应力，甚至可以小于材料的弹性极限。蠕变现象的

产生，是由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。碳钢在300-400°C时，在

应力的作用下即能明显地出现蠕变现象。当温度在高于400C时，即使应力不大,

也要出现较大速率的蠕变。合金钢的温度超过400~450℃时，在一定的应力作用

下，就会发生蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。高温高压火电厂中产生蠕变

的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件、汽轮机汽缸

等。

由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕

变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严

重事故。所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。当然，一

些部件在工作中出现一些塑性变形还是允许的，只要它们在整个工作期限内（例

如10万小时），由于蠕变所累积的塑性变形量不超过允许值即可。例如，一般

规定主蒸汽管道、高温蒸汽联箱经10万小时运行后，总变形量不超过1%;汽

轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0.1%；锅炉的合金钢过热器管和再热

管，当蠕变胀粗大于2.5%时，即行更换；锅炉的碳钢过热器管和再热器管，当

蠕变胀粗大于3.5%时，即行更换。

4.交互损伤

实际损伤往往有多种影响因素，因此破坏形式往往是复杂的，如：腐蚀疲劳

损伤、蠕变疲劳损伤等。

二、失效与失效分析

1.失效的概念

由于承载能力下降（含寿命损耗）或载荷增大，丧失了原来的承载能力从而

不能正常工作，称为失效。失效包括开裂、泄漏、爆炸、过度变形、失稳、材

料性能劣化（材质劣化）等。失效也可以表述为当构件的抵抗能力小于外界的

破坏推动力时发生的异常行为或结果。

2.失效分析的意义

分析失效原因的意义：

（1）分清责任（设计、制造、使用、检验等）

（2）修复、纠正、改进，防止重复发生

（3）促进科研和技术进步

3.失效分析的基本思路

（1）承载能力方面：承载能力下降，抵抗能力下降，原因包括：厚度减薄

（腐蚀等），材料性能下降（如氢损伤、蠕变、寿命损耗、珠光体球化、渗碳体

石墨化等），结构不合理，温度过高，焊接缺陷，外伤，形状超差等均会引起结

构承载能力下降。

（2）外载荷方面：载荷增大，破坏推动力增大，如：压力过大，温度过高,

震动，压力脉动，地震，管道的漂移，地基下沉或上凸，偶然事件等均会引起

推动力增大，造成失效。

4.破坏种类及特征

（1）按照原因分类：

腐蚀破坏：腐蚀、冲蚀减薄，应力腐蚀等

疲劳破坏：交变载荷作用

蠕变破坏：高温、长时、承载

其他破坏：设计不合理或制造焊接质量不良造成的破坏等。

（2）按照破坏时宏观变形量的大小分为：韧性破坏和脆性破坏。

（3）按照破坏时材料的微观断裂机制：韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断

裂和疲劳断裂等。

（4）工程常用分类：韧性破坏、脆性破坏、腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破

坏和其他形式的破坏。

实际的破坏形式往往是几种形式的混合，可能会以一种为主。

5.韧性破坏

一般指韧性材料或材料在韧性状态下的超压破坏。

破坏过程：过压产生弹塑性变形——产生微裂纹或空洞生长——裂纹扩展、

空洞聚集一一断裂（失稳扩展）

裂纹核来源：微裂纹，夹杂物等。

韧性破坏的特征：

（1）变形明显，形状改变明显；

（2）一般无碎片（材料韧性好）；

（3）爆破压力容易计算且与理论值接近；

（4）断口灰暗，无金属光泽；断口通常有剪切唇。显微分析一般为韧窝花

样。

（5）一般可以通过人字纹寻找起裂点。

图2.37钢板的断口表面，显示充分发展的人字形标志.往回指向裂纹的起源（在左边），

那里夹有一个小的纤维区。这是一个高速断裂（引自MetalsHandbook］以）

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韧性破坏的例子——气瓶爆炸

韧性破坏的预防：

（1）防止超压（压力过大或安全装置失灵等）

（2）防止和即使发现腐蚀减薄（设计、定期检验）

（3）防止材料错用

6.脆性破坏

在没有明显塑性变形和较低压力下的突然破坏。一般原因是材料有严重缺陷

和材料韧性严重不足。

材料的脆性及影响因素：

（1）当温度降低到小于材料的无延性转变温度及以下时，材料韧性急

剧下降，缺口敏感性加大。

（2）影响材料脆性的因素：应力状态、温度、加载速度、厚度（应力

状态）、晶粒度、化学成分（C、N、O、H、S、P）

（3）环境温度、介质温度、液态介质闪蒸等造成温度下降。

（4）大量的脆性破坏往往是因为构件内存在严重缺陷。如裂纹等面状

缺陷。研究裂纹缺陷对构件影响的学科——断裂力学。

脆性破坏的特征

（1）无明显塑性变形

（2）破坏时的应力水平较低

（3）往往有碎片，裂口呈放射状

（4）很多在温度较低时发生

（5）断口特征：断口平齐，一般与最大主应力方向垂直；有金属光泽;

往往为解理断裂；若因为缺陷造成，通过人字纹查找原始缺陷。

图3.22解理断口表面的例了

狭，于冲击破坏（引自Henn-andHorsUnunn1；,）也”整金掣.究

a）铁，-196℃冲击破坏b）30%Cr焊缝金属，羽毛状

c)挛晶造成裂纹扩展方向不同d)0.5%Mn钢销钉挛晶解理断面

脆性破坏的防止：

(1)发现并消除缺陷一一加强检验

(2)消除焊接残余应力

(3)正确选用材料，保证有足够的韧性

(4)避免应力集中

7.腐蚀破坏

腐蚀的危害：

(1)腐蚀会使容器整体或局部壁厚减薄，承载能力下降、造成破裂。

(2)腐蚀会造成危害性极大的裂纹，造成容器的裂穿泄漏、严重时会造成

突然破裂或爆炸。

腐蚀破坏的种类

(1)全面腐蚀

(2)局部腐蚀(点蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、大气锈蚀)

(3)晶间腐蚀

(4)应力腐蚀与应力腐蚀开裂

(5)腐蚀疲劳

(6)氢损伤(氢鼓包、氢脆、脱碳、氢腐蚀等)

8.疲劳破坏

构件长期受到反复加压和卸压的交变载荷作用出现的破坏形式：交变应力一

裂纹成核f扩展一断裂。

高应力和反复性是造成疲劳破坏的基本原因，在承压类特种设备上通常表现

为低周疲劳。

疲劳破坏的特征

发生部位：应力集中位置，有类裂纹缺陷位置。

变形小：无整体塑性变形，无直径增大、壁厚减薄。

断口形貌

(1)分区明显：裂纹产生区、扩展区和最终断裂区

(2)断口平齐、光亮，有疲劳辉纹。

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