压力管道材料理化性能测试与适用性评价

压力管道材料理化性能测试 及适用性评价,蒋俊2011.08,一、材料理化性能测试的目的： （1）设计方面的原因：如材质选用不符合要求； （2）使用方面的原因：高温、高压、腐蚀性介质、疲劳等使用因素产生的材质劣化； （3）管理方面的原因：违反操作规程使用、超过设计参数使用等运行管理因素产生的材质劣化； （4）安装、改造或修理质量不好的因素产生的材质劣化； （5）因生产工艺需要改变原管道的使用参数，使得管道的性能技术指标发生变更。,下列管道一般应选择有代表性的部位进行金相和硬度检验抽查。 (一)工作温度大于370的碳素钢和铁素体不锈钢管道； (二)工作温度大于450的钼钢和铬钼钢管道； (三)工作温度大于430的低合金钢和奥氏体不锈钢管道； (四)工作温度大于220的输送临氢介质的碳钢和低合金钢管道。,对于工作介质含湿H2S或介质可能引起应力腐蚀的碳钢和低合金钢管道，进行硬度检验。<HB200。 对于使用寿命接近或已经超过设计寿命的管道，应进行金相检验或硬度检验，必要时应取样进行力学性能试验或化学成分分析。 管道材料的种类和牌号一般应查明，材质不明的，可根据具体情况，采用化学分析、光谱分析等方法予以确定。,管道材料的理化检验，包括两个方面的检验： 一是物理方面的检验 二是化学方面的检验 物理检验大体上包括：硬度、金相、机械性能试验 化学检验可以分为：手工分析和仪器分析,管道检验工作中常用的材料理化性能测试的方法： 硬度测试 金相组织分析 化学分析（光谱分析） 机械性能试验,硬度测试有：宏观材料硬度和客观材料硬度 力学性能有：拉伸、抗弯、弯曲、冲击、扭转等 金相检测根据所检材料不同检测项目也不同，一般都要测定：低倍组织、高倍组织、脱碳层深度、非金属夹杂、碳化物颗粒度。热处理后一般检测晶粒度、回火度等 化学检测对所检测材料进行碳含量、各种合金元素含量和杂质元素含量的成分分析。,1、硬度检查 ： 硬度检测是评价金属材料力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。 硬度是代表着材料所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。 硬度试验可以反映材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异 。 硬度与材料的化学成分、组织状态、加工处理、工作环境和其机械性能等有关。,目的： 检查管道材料的适用性 验收标准： 满足相应管道材料行业标准的要求 硬度检测方法有： 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、里氏硬度、肖氏硬度等,台式硬度计和便携式硬度计的使用场合（用途）的区别： 同样一个材料，在两种仪器下测试的结果不一样 不能用台式硬度计的时候才用便携机硬度计 台式硬度计主要用于实验室测试工作，便携机硬度计多用于现场管道检验工作测试 台式机硬度计精度高，对试块要求高，故测试结果更准确 台式硬度计由于环境及施力可控，所以结果较准，而便携式硬度计由于环境及人员的不控因素，结果误差较大,例如：对不锈钢管道进行硬度测试时仪器的选择： 内径大于Ø30mm，壁厚大于.mm的不锈钢管道，采用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。 内径大于Ø30mm，壁厚小于.mm的不锈钢管道，采用表面洛氏硬度计，测试HRT或HRN硬度。 内径小于Ø30mm，大于Ø.8mm的不锈钢管道，采用管道专用洛氏硬度计，测试HRT硬度。 当管道内径大于Ø26mm时，还可以用洛氏或表面洛氏硬度计测试管道的硬度。 对于内径在Ø.0mm以上，壁厚在13mm以下的退火不锈钢管道，可以采用韦氏硬度计，它测试非常快速、简便，适于对不锈钢管道做快速无损的合格检验。,金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。 里氏硬度与其它硬度的转换： 里氏硬度值与其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之间有对应关系。 可将里氏值(HL)转换成其它硬度值。 里氏硬度仪可通过机内微电脑进行自动转换。,硬度在对材料进行测试时，由于测试的方式、部位、方法、手段的不同，测试的结果会有差异。 例如： 在对芳烃厂反应器进口管道进行硬度检测中，管道材料为12CrMo。采用砂轮机打磨光洁5处测试点后，测试的硬度值在332-356之间，怀疑？在原部位换用锉刀打磨后，测试的硬度值在223-235之间。原因：产生淬硬层,显微维氏硬度计 规格、型号：标乐5103 依据标准：GB/T 230.1-2009【金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法】 检测范围：HV0.01 HV1 主要检测：适用于测量微小、薄型的管件。 检测过程：将管件按硬度试验条件制备后，置于硬度计载物台上进行测试,布氏硬度计 规格、型号：3000BLD/T 所依据标准：GB/T 231.1 【金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法】 检测范围：8650HB 主要检测产品：适用于测定黑色金属，有色金属布氏硬度。 主要检测样品：各类钢铁产品、零件。 检测概述：将管件按硬度试验条件制备后，置于硬度计载物台上进行试验。,台式硬度计常见故障及排除方法： (1)载荷误差超过±1.0%或不稳定 造成这种故障的原因及排除方法： 力点刀刃松动，应调整力点刀刃并拧紧； 力点刀刃和支点的磨损会不同程度地增加载荷误差，应研修刀刃； 载荷杠杆上的调整块位置不适当，可根据情况向前或向后移动，调整合适后固定紧； 压缩弹簧锈蚀，增大了与压轴、主轴衬套的磨擦，应清洗生锈部位并上防护油或更换之。 加荷不平稳，有冲击振动现象，应排除引起不平稳的因素。,(2)测定的硬度值与标准硬度块示值不一致 成这种故障的原因及排除方法： 硬度计安装不水平，应将硬度计调至水平； 周围环境的影响。工厂生产用硬度计常会因周围环境受震动的影响，致使仪器结构产生松动，示值不稳定。硬度计应安装在无震动或离震源较远的地方。 钢球表面不光洁或直径超过允差，应用千分尺挑选合格的钢球换上； 压痕测量装置误差偏大，应调整压痕测量装置的允许误差，使其±0.5%； 压头有深痕迹，表示压头已损坏。 仪器微调处未调好。打开硬度计顶盖，用一字螺丝刀把顶针部二颗螺丝调松，然后把微调铁块向前调节使硬度值调高，反之为调低。,砝码不能垂直放置，砝码与硬度计后盖擦靠，应检查吊环是否挂在重点刀刃上，吊架吊杆是否平直，否则应将吊环挂于重点刀刃上，校直吊架吊杆； 主轴与试台平台垂直度，主轴轴线与升降丝杆轴线同轴度超差，应分析视其情况进行主轴与试台平台垂直度、主轴轴线与升降丝杆轴线同轴度的调整。,(3)硬度计反复加卸载荷 造成这种故障的原因及排除方法： 按键开关顶杆过长，转向开关A、B触点与A1、B1触点不能脱开，应调节顶杆长度并固定之； 换向开关安装位置不当，活动挡板不能触动换向开关上的销子，造成换向开关不换向，应调整换向开关的安装位置。,(4)加荷把手不能动： 传动结构生锈，打开硬度计背铁板，观察生锈部位加上防锈油就可以解决。 (5)加荷时指针动作太快： 油泵缺油，打开硬度计背铁板，往油泵注满油，再细调一下油泵加压螺丝即可。 (6)加荷时读数指针不动： 读数盘损坏，更换读数盘即可。,便携式里氏硬度计常见故障及解决办法： (1)检测硬度时数值偏高 原因一：里氏硬度计冲击装置中的球头因使用次数过多，已经磨损，所以测值偏高； 解决办法：更换球头 原因二：里氏硬度计内部程序混乱 解决办法：将里氏硬度计断电，电池取出，过十分钟左右再通电，如果测值还是有漂移，应该返回厂家维修。 (2)硬度计打不出数值 原因：一般里氏硬度计冲击装置与主机之间都是用一根线缆连接，当硬度计打不出数值，绝大部分原因是因为线缆线路中断。 解决办法：将探头线焊接或者直接更换。但使用者应该在使用过程中尽量不要用力扯动线缆。,2、金相组织分析： 金相分析是金属材料试验研究的重要手段 。 是研究金属或合金内部结构的科学 金相分析是观察金属及合金的内部组织的方法。 采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系 。 金相分析是研究当外界条件或内在因素改变时，对金属合金内部结构的影响的方法。,发展趋势： 计算机定量金相分析正逐渐成为人们分析研究各种材料，建立材料的显微组织与各种性能间定量关系，研究材料组织转变动力学等的有力工具。 将计算机应用于图像处理，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。 直接从显微镜上获取金相图像并以数字图像文件格式存储在计算机中。 由计算机根据图标检测方法计算，无需对照标准图谱进行主观判断，精确度高，人为误差因素少，重复性好。,亚临界机组中，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段处的金相组织，材料为 SA335P91,非金属夹杂计算机金相分析照片,带晶间腐蚀裂纹的计算机金相分析照片,作用： 对材料的组织形貌、晶粒度、夹杂物、缺陷及组成相进行综合分析测定。 对材料的组织、结构、腐蚀情况、内部缺陷等进行评价及几何尺寸定量测量。,金相技术包括：试样制备、组织显示、在显微镜下观察研究及拍摄金相照片等四步。 试样制备过程：包括试样的截取、镶嵌、磨光及抛光等四个步骤。 程序：取样制样研磨（1）研磨（2）研磨（3）抛光（1）抛光（2）抛光（3）下片清洗腐蚀检测。,金相检验试样的选取： 取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到检验目的，因此，所取试样的部位、数量、磨面方向等应严格按照相应的标准规定执行。 取样部位和磨面方向的选择： 取样部位必须与检验目的和要求相一致，使所切取的试样具有代表性。 必要时应在检验报告单中绘图说明取样部位、数量和磨面方向。,例如： 检验裂纹产生的原因时，应在裂纹部位取样，而旦还应在远离裂纹处取样，以资比较。 一般说来，在进行非金属夹杂物评定时，应磨制纵横两个面，在进行破断(失效)综合分析时，往往需要切取几个试样，同时磨制纵横两个面进行观察分析。,轧制型管道材料金相试样的切取方位： 纵断面主要用于检验： (1)检验非金属夹杂物的数量、大小和形状； (2)检验晶粒的变形程度， (3)检验钢材的带状组织，以及通过热处理对带状组织的消除程度。 横断面主要用于检验： (1)检验从表面到中心的金相组织变化情况， (2)检验表层各种缺陷，如氧化，脱碳，过烧、折叠等， (3)检验表面热处理结果， (4)检验非金属夹杂物在整个断面上的分布， (5)测定晶粒度。,金相分析仪常见故障： 显微镜使用一段时间图像质量下降，关机一段时间再打开图像质量就会明显好转。原因是：镜头镀膜技术不过关，长时间使用镜头受热后镀膜发散导致。 手动调焦时图像清晰，松手后图像模糊。原因是：调焦机构老化。 目镜观察时图像清晰，但采集到的图像却不清晰。 把采集到的图像调整清晰时，目镜里观察图像又不清晰了。原因是：系统齐焦性不够，观察和采集不能同步。 载物台下滑、平移。原因是：载物台锁定机构采用星型齿轮，长时间使用稳定性降低。 图像中间清晰边缘模糊。原因是：球差校正不完善。,现场金相检验的问题： 现场金相试样的制备往往受到众多因素的制约，如：位置复杂、环境恶劣，磨制试样非常费时费力等。 采用机械抛光，往往没有水源，只能以少量酒精代水，代价不小而效果却不好。 机械抛光能磨制到4#、5#号砂纸细度，划痕不一定全部消除，有时反而会产生金属扰乱层，影响组织的评定。 采用电解抛光代替机械抛光。 电解抛光对材料化学反应的不均匀性，对材料偏析特别敏感。,实例：典型的试样没有磨好，抛光后的显微图片上有多个小孔，,100倍,100倍,100倍,原因： 是制样的问题，制样过程中超温了。 试样表面有杂物存在，处理不当引起。 抛光布上有油污杂物染到试样上。 试样磨的太浅，没有磨掉氧化层或腐蚀层，凹坑没有磨掉形成的假象。 选择的抛光剂不好。 解决办法： 试样最好经过淬火+低温回火，表面效果会好。 抛光后，适量的再加点水抛光一会，使表面杂物清理干净。,3、化学分析： 化学分析就是鉴定物质是由哪些元素或化合物所组成的；并测定物质中有关组成的含量。 根据化学反应来确定金属的组成成分，通过定性分析，可以鉴定出材料含有哪些元素，但不能确定它们的含量；通过定量分析，可以准确测定各种元素的含量。分析合金中指定元素含量；或分析合金中全元素含量，判定合金的牌号 。 金属材料的化学成份定量化析，可进行C、 P、 S、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素 的测定。,