腐蚀失效分析的意义和步骤方法

腐蚀是材料在各种环境作用下发生损坏的一种形式，其遍及国民经济各部门，给国民经济带来了巨大损失。因此进行腐蚀失效分析工作，提出合理的防护对策，对实际生产具有很大的意义。

01 腐蚀失效分析的意义

当材料性能不能满足服役（或制造、试车和贮运）时的力学、化学和热学等外界条件时，就会发生失效。对于石油行业中广泛使用的金属结构材料，腐蚀是主要的失效方式之一。因此，腐蚀失效分析的目的不仅在于对腐蚀失效性质的判断和腐蚀失效原因的确认，而且要积极寻找预防重复腐蚀失效的有效途径，防止重大失效事故的发生，确保设备或装置安全运行。同时腐蚀失效分析也可为技术开发和技术改造等提供信息、方向、途径和方法，是进行宏观经济和技术决策的重要科学信息来源。

02 腐蚀失效分析步骤与方法

2.1 现场调查

保护腐蚀失效现场的一切证据，是保证腐蚀失效分析得以顺利有效地进行的先决条件。要对腐蚀失效现场进行取证，并听取相关设备负责人、操作者等介绍情况，了解服役条件，收集相关的背景信息（如介质种类、温度、压力以及设备或管线的材质等，并且收取适量的腐蚀产物）。在观察和记录时可用摄影、录像、录音和绘图及文字描述等方式进行，应注意观察和记录的项目主要有：

（1） 失效设备的名称、尺寸、形状、材料牌号、制造厂家及全部的制造工艺历史（了解冶炼、铸造、加工、热处理及装配等情况）、投入运行日期、运行记录、维修记录、工艺流程及操作规程等。

（2） 失效设备或部件的结构和制造特征以及失效部件和碎片的腐蚀外观，如附着物和腐蚀生成物的收集以及一切可疑的杂物和痕迹的观察等。另外，当肉眼无法直接观察到腐蚀特征时，还可以采用探伤和现场金相观察等手段进一步对腐蚀情况进行详细地了解和观察。

（3） 腐蚀失效设备或管线的服役条件及服役历史（介质环境、温度、压力和以前相关的监测情况），应特别注意环境细节和异常工况，如突发超载、温度变化、压力和偶然与强腐蚀介质的接触等。如有必要可以选取合适的介质进行实验室分析。

（4） 听取操作人员及佐证人介绍发现腐蚀失效的情况及其相应的处理方法。

（5） 收集同类或相似部件过去曾发生过的腐蚀失效情况。

2.2 实验室分析

只有在极少数的情况下，通过现场和背景材料的分析能得出腐蚀失效的原因。大多数失效案例都需根据现场取证和背景材料的综合分析结果来进一步制定实验室的腐蚀失效分析计划，确定进一步腐蚀失效分析试验的目的、内容、方法和实施方式。失效部件和残留物上具有说服力的物证是十分有限的，因此试验前，须对试验项目和顺序、取样部位、取样方法及试样数量等均应全面考虑，合理地确定切取试样的位置、尺寸、数量和取样方法。通常采用的分析手段有下列各项：

（1） 宏观观察：主要是凭借肉眼或其他简单仪器，检查腐蚀失效部件表面是否光滑、有无裂痕、有无腐蚀和腐蚀产物，记录其大小、颜色形态和分布情况等。这种方法简便、直观，可以简单确定腐蚀的类型。对于肉眼不能直接看到的设备或管道内部表面，可采用内窥镜技术或者局部破坏等方式加以检查。

（2） 微观组织分析：主要是用金相显微镜、电子显微镜观察腐蚀失效部件的显微组织，分析组织对性能的影响，检查铸、锻、焊和热处理等工艺是否恰当，从而由材料的内在因素分析导致发生腐蚀失效的原因。

（3） 化学成分分析：主要是采用光谱法等测定腐蚀部件的材料是否符合技术要求，有无用错材料或出现成分偏差，必要时可进行微量元素分析或微区成分分析。

（4） 腐蚀形貌观察：腐蚀形貌真实地反映了材料被腐蚀的全过程，通过对材料腐蚀表面形貌的观察，可以进一步详细了解腐蚀过程，推测材料表面腐蚀特征的形成过程。因此对于腐蚀失效零部件，腐蚀形貌分析是最重要的一环。通过腐蚀形貌分析，不仅可以得到有关零部件使用条件和腐蚀失效特点的信息，还可以了解腐蚀失效点附近的性质和状况，确定腐蚀的性质和形式，从而找出腐蚀失效的主要原因。

腐蚀形貌分析先用肉眼或低倍实体显微镜和立体显微镜从各个角度来观察腐蚀表面的特征，并利用其中所带的网格粗略估计腐蚀表面蚀点或蚀坑等的大小，然后用电子显微镜（特别是扫描电镜）对有代表性的部位进行深入观察，以了解腐蚀表面的微观特征，同时可以利用电镜附带的X射线能谱仪或谱分析（EDX）功能对材料表面进行微区微量元素定性和定量分析，并进行元素点分布和面分布分析。

（5） 腐蚀产物分析：表面形貌观察还要配合相应的腐蚀产物分析结果，才能更有效地分析出材料失效的原因。对于腐蚀产物的分析，可以采用化学灼烧法、X射线衍射仪或俄歇电子能谱（AES）及光电子能谱（XPS）进行元素或化合物分析。

（6） 介质分析：对现场取得的失效零部件的环境介质（如水样或油样）进行化学分析。

（7） 其他检测项目：在必要时可以进行某些项目的力学性能试验，包括材料的硬度试验以及拉伸或弯曲试验，以校验该零部件的力学性能是否符合技术要求。另可用X射线衍射仪进行定性（如σ相）或定量（如残余奥氏体含量）分析，对受力复杂的零部件进行应力分析等。

（8） 模拟试验：重大的腐蚀失效分析项目，在初步确定失效原因后，还应及时进行重现性试验（模拟试验），以验证初步结论的可靠性。利用介质分析和材料化学成分分析的结果，在实验室内配置成分相同的腐蚀介质，并选用和腐蚀失效部件相同的材质，进行相同的热处理，然后模拟现场环境（温度、压力）进行模拟腐蚀试验，进一步验证腐蚀形成过程和腐蚀机理。还可以利用安装在重点腐蚀设备上的在线旁路试验釜对装置的腐蚀状况进行监测（监测时间约为3至6个月），监测结果可以排除装置物料波动等短时期影响，通过选用不同材质的试片，较为真实地反映装置的实际腐蚀状况。若该监测系统中某部位发生了腐蚀失效，可以借助长期的监测数据更好地进行腐蚀失效分析，并为后期选材提供可靠的试验数据。

完成上述试验后，把现场调查的资料及各项试验结果进行综合分析，搞清失效的过程，确定失效的原因。

在大多数情况下，失效原因可能有多种，应努力分清主要原因和次要原因。如某零部件存在两个以上的失效类型时，应分析和找出主要的腐蚀失效类型及其主要的失效抗力的表征参量。

2.3 提出补救或预防措施

腐蚀失效分析的目的不仅限于弄清失效原因，更重要的还在于提出有效的补救措施和预防措施。补救措施和预防措施可能涉及到生产工艺和设备材料、设备结构、制造以及管理等多方面。提出和实施正确的措施有利减少腐蚀发生的概率，可大大减少检、维修的费用，延长设备或装置的运行周期。同时不断从大量同类和相似失效案例分析中积累丰富经验，也有利于补救或预防措施的提出。

03 腐蚀失效分析工作展望

3.1 建立健全腐蚀失效分析案例库

单个事故的腐蚀失效分析往往具有偶然性，可参考性不强，但是通过对相同或相似设备（或零部件）大量腐蚀失效事故的统计分析，可以得到规律性的结论，用以有效地提高设计、制造、运行、决策和管理水平。因此，建立健全失效分析案例库，把国内、外同行业中典型腐蚀失效案例集中起来，这样既能从大量案例中进行综合分析，又能从个别案例的分析中找到失效原因，从而大大提高腐蚀失效分析的水平和准确性。

3.2 建立健全腐蚀失效反馈系统

建立健全腐蚀失效反馈系统的目的是为了充分利用腐蚀失效分析所获得的宝贵技术信息推动技术革新、提高产品质量，进一步促进失效分析与失效预测一体化。失效分析的反馈系统可采取多种组织形式。例如可与企业的技术开发和情报部门结合，把大量失效分析报告和来自数据交换网的其他信息，经过分类和处理等制成各种形式的文献，传递到各个生产部门和科研部门，使腐蚀失效事故的分析、预测和预防形成一个系统工程，更好地为生产服务。

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