(2.103)--材料失效分析大作业金属构件失效分析.ppt

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1、核电厂典型失效案例分析核岛容器地脚螺栓的失效分析一、二、三、四、五、背景介绍内容简介检验与分析分析总结结论与建议目录一、背景介绍国内某核电站在进行某核岛容器的地脚螺栓复核螺栓力矩时,发现有一颗螺栓完全断裂。据调查,国内核电站同类型核岛容器的地脚螺栓也曾发生类似的断裂失效,螺栓断裂形态非常相似。为了杜绝同类型地脚螺栓失效隐患,本工作对断裂的地脚螺栓进行了失效原因分析,并制定了具体措施。二、内容简介该核岛容器是蒸馏液监测箱,用于存储蒸发器中处理后的蒸馏液。容器容积35立方米,罐体采用奥氏体不锈钢,罐体在现场焊接安装完成后曾进行酸洗钝化处理。地脚螺栓采用XC18低合金钢,无等级要求,制造等级为Q3级

2、。地脚螺栓安装情况见图。三、检验与分析3.1宏观分析图中给出地脚螺栓断裂后的宏观腐蚀形貌,断口螺杆从距离螺帽约处直径明显逐渐减小,断口宏观形貌呈锥状,表面覆盖了大量的棕褐色腐蚀产物,将腐蚀产物清除后,发现断口上存在麻点状蚀坑。垫圈表面有较多腐蚀斑点和腐蚀坑且腐蚀坑周边有黄色锈蚀斑。据现场工作人员所述,在断裂的螺栓孔内残留了较多的褐色腐蚀产物。3.2化学成分分析从失效螺栓上取样进行其材质的化学成分分析,采用高频红外碳硫分析仪、全谱直读等离子体光谱仪进行分析，结果见表。弯头的化学成分符合法国标准规定的要求。3.3断口分析截取地脚螺栓断裂面,清洗干燥后置于扫描电子显微镜下观察表面形貌。从图中可以看出

3、断口表面覆盖了一层较厚的腐蚀产物,具有“泥状”特征,且有较多的腐蚀坑,蚀坑较深图,蚀坑内表面存在明显针状和团絮状腐蚀产物。3.4腐蚀产物能谱分析和物相分析对地脚螺栓断裂面的腐蚀产物进行能谱分析。腐蚀产物中主要含有Fe,O,F,Cl等元素。用小刀刮取地脚螺栓表面的腐蚀产物，经JADE软件解析，与标准卡片比对，腐蚀产物主要为3.5金相分析沿螺栓的轴向剖开取样,螺栓内部未发现裂纹和缺陷,在圆锥顶附近有深浅不一的蚀坑和深孔蚀坑和深孔有腐蚀产物覆盖。随后经硝酸酒精侵蚀后,金相显微镜下观察显微组织如图,螺栓的显微组织为珠光体+铁素体，组织均匀致密。四、分析总结由前述的腐蚀产物能谱分析和物相分析知,F和Cl

4、是导致地脚螺栓失效的主要因素。核岛容器中储存的是PH为7左右的蒸馏液,不含侵蚀性F、Cl等离子;日常维护也仅是校核地脚螺栓扭矩,不会引人侵蚀性离子;安装容器时,为增强罐体的耐蚀性,需对罐体外表面进行酸洗、钝化操作,酸洗液中一般含有侵蚀性较高的离子如(F、Cl),故腐蚀产物中的F和Cl主要来自于酸洗液。5.1结论：罐体酸洗过程中,因保护措施不利,残留酸洗液聚集在地脚螺栓处,并顺着螺母垫片渗入到螺杆与地脚螺栓孔以及混泥土孔之间,形成侵蚀性环境。地脚与地脚螺栓两者电位差相差较大,易发生大阴极小阳极的电偶腐蚀川,加速了地脚螺栓的腐蚀。随着残留酸洗液消耗,酸洗液直接腐蚀将会逐渐减小,但同时,腐蚀产物在螺栓与混凝土间隙中逐渐聚集增多,形成缝隙,使螺栓发生缝隙腐蚀,螺栓进一步变细,导致螺栓最终在扭矩校核时发生断裂失效。五、结论与建议5.2建议：1）该螺栓材质耐腐蚀性较差,建议更换更耐蚀的材料。2）建议将垫圈更换为绝缘垫圈,以预防电偶腐蚀。3）现场通风较差,房间内空气潮湿,建议在安装完地脚螺栓后,用防锈油全部密封。4）容器外表面进行酸洗钝化处理时,必须对地脚螺栓做好防护措施,可采用蜡封等措施后再进行酸洗钝化处理。四、结论与建议