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    四川省失效分析权威机构---消防管道腐蚀失效分析

    四川省失效分析权威机构---消防管道腐蚀失效分析

    更新时间:2019-11-19   浏览数:245
    所属行业:商务服务
    发货地址:四川省成都高新区  
    产品规格:消防管道腐蚀失效分析
    产品数量:1.00次
    包装说明:消防管道腐蚀失效分析
    单 价:1.00 元/次

    一、现场调查

    阿艾夫物联网产业园位于天府新区双流公兴镇物联大道308号。现场调查发现,园区于2015年进行了消防水管的埋设施工,2016年春节期间进行了竣工移交,至20181月,其中一段室内消防水管出现多处渗漏,长度约13米。水管出现渗漏后,园区组织人员对泄漏点进行了焊补。由于泄漏点越来越多,因此更换了此段管道。图1为直管段泄漏的管道,图2为消防栓下部L型管段泄漏的管道,图3为消防栓下部新更换的管道及管沟内部的状态,图4为泄漏的管道外表面形貌,外表面大部分区域包覆有管沟内的泥土,泥土包覆层较为紧实,用锐器击打才会有剥落,局部防腐层有减薄破损。图5显示的是泄漏管道内壁的锈蚀情况,内壁锈蚀呈成断续点状分布,并在沿管道长度方向延伸的直线上,位置示意图见图6

    消防水管设计水压为1.6MPa,但由于出现渗漏,现场调查时消防水管内无水。现场调查时同时调取了钢管的质保书。

    blob:http%3A//m.b2b168

    1    直管段泄漏的管道

    blob:http%3A//m.b2b168

    2    L型管道泄漏的管道

    blob:http%3A//m.b2b168

     3    更换的L型管段及管沟内部状况

    blob:http%3A//m.b2b168

    4    直管段上的防腐层形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

     5    管道内部的腐蚀形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    6    管内壁锈蚀位置示意图

    二、宏观观察

    L型管段的弯头和直管段截取两截试样,带回实验室进行分析测试。在直管段外观较为完好的部位截取4件拉力试样,拉力试样在钢管横截面上的取样位置见图6中“×”的位置。再在直管段截取金相低倍试样、化学成分分析试样和金相高倍试样若干件,在弯管段远离焊缝的位置截取金相试样若干件。

    在清洗好的一段钢管上发现,外表面上防腐层有严重的破损,见图7所示。局部区域的防腐层已经老化剥落了,钢管表面出现了密集的点蚀形貌。未剥落的防腐层,玻璃纤维还在,但是涂刷的油性材料损耗严重,玻璃纤维的间隙已经出现空洞。

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    7    钢管表面的点蚀形貌和防腐层形貌

    三、金相低倍实验

    截取的两件低倍试样(分别编号为D1D2)经过样品制备后,形貌见图8和和9。图1011D1试样的局部放大,图1213D2试样的局部放大。从低倍试样上可以看出,钢管的腐蚀与内壁无关,腐蚀全部都是从外壁上开始的,内壁上的是锈点,不是腐蚀坑。腐蚀开始的位置与内壁上有规律的沿钢管长度方向上的呈断续点状的锈蚀点无关,除焊接接头位置外,在整个圆周上随机分布。另外低倍试样上均显示有钢管冶金质量不好,低倍组织中存在大量肉眼可见的条纹缺陷,这些细小的条纹长度多在12mm左右,部分长度超过4mm,条纹沿圆周的环向分布。

    blob:http%3A//m.b2b168

    8    D1试样低倍形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    9    D2试样低倍形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    10    D1试样上的缺陷形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    11    D1试样上的缺陷形貌 

    blob:http%3A//m.b2b168

      12    D2试样的缺陷形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    13    D2试样上的缺陷形貌

     

    四、金相高倍实验

    由于在低倍实验过程中发现检验面上有条纹缺陷,因此又分别在两个位置连续取样进行分析,每个位置取两件,一件横向试样(编号为A#),一件轧向试样(编号为B#)。直管段内壁锈点区域(所取试样为1#4#),靠近焊缝区域(所取试样为5#8#)和弯管段(所取试样为9#11#)。样品经过制备后,在金相显微镜下观察。所有轧向试样上,均存在严重的夹杂物分布,金相组织存在不正常的二次渗碳体分布。根据GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》、GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》、GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》、GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》等标准,评定试样的金相级别见表1。典型的金相组织形貌见图1421

    1    金相试样的组织及相关级别评定

    试样编号

    组织

    游离渗碳体(级)

    带状组织(级)

    晶粒度(级)

    非金属夹杂物(级)

    A

    B

    C

    D

    DS

    1-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    1-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.5

    A0.5

    6.5

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    2-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    2-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.5

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    3-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.5

    --

    --

    --

    --

    --

    3-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    4-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.5

    --

    --

    --

    --

    --

    4-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    5-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    5-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    6-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    6-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    7-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    7-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.5

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    8-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    8-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    9-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.5

    --

    --

    --

    --

    --

    9-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.5

    A0.5

    6.5

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    10-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    10-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.0

    A0.5

    6.0

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    11-A

    F+微量P+微量Fe3C

    --

    --

    6.0

    --

    --

    --

    --

    --

    11-B

    F+微量P+微量Fe3C

    A3.5

    A0.5

    6.5

    3.0

    0.5

    3.0e

    1.0

    1.0

    注:1F-铁素体,P-珠光体,Fe3C-游离渗碳体

    2、轧向试样的晶粒度级别参考GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》评定

    3、轧向试样中均存在长度超过1mm的大超长C类夹杂物。


     blob:http%3A//m.b2b168

    14    1-B试样夹杂物形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    15    2-B试样夹杂物形貌 

     blob:http%3A//m.b2b168

    16    3-B试样夹杂物形貌 

    blob:http%3A//m.b2b168

    17    4-B试样夹杂物形貌

        blob:http%3A//m.b2b168

     18    8-B试样夹杂物形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    19    轧向试样组织的典型的形貌 

    blob:http%3A//m.b2b168

    20    横向试样组织的典型形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    21    二次渗碳体形貌的放大

     

    22~30分别是8#9#10#三件试样上腐蚀坑位置的抛光态和腐蚀态形貌,腐蚀坑附近都有大量的夹杂物,图2425均可见腐蚀是沿着夹杂物分布的区域进行扩展的。腐蚀坑附近的组织为铁素体+微量珠光体+微量游离渗碳体。

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    22    8-A #试样腐蚀坑的侧面形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    23   8-A#试样腐蚀坑附近的及杂物

    blob:http%3A//m.b2b168

    24    9-A#试样腐蚀坑附近夹杂物形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    25    10-B#试样腐蚀坑附近夹杂物形貌

    blob:http%3A//m.b2b168 

    26    9-A#试样腐蚀坑区域的组织形貌

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    27    9-A#试样腐蚀坑区域的组织形貌

    blob:http%3A//m.b2b168 

    28    10-B#试样腐蚀坑区域的组织形貌

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    29    10-B#试样腐蚀坑区域的组织形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    30    10-B#试样腐蚀坑区域的组织形貌

    五、扫描电镜实验

    在腐蚀严重的位置截取扫描电镜分析试样,试样的外观见图31。用超声波清洗除去表面粘附物后,对腐蚀坑内部进行了扫描电镜观察和能谱成分分析,S1-1#区域的形貌见图32~34S1-2#区域的形貌见图35~36S2-1#区域的形貌见图37~42,腐蚀坑部位都堆积了大量的腐蚀产物,部分露出金属的部位出现了裂纹,图36所示。图43~45是能谱测试结果。测试结果显示,腐蚀坑内部的腐蚀产物含有大量的AlSiCaS等夹杂物元素成分。

    blob:http%3A//m.b2b168 

    31    扫描电镜样品外观形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    32    S1-1#试样腐蚀部位内部形貌

    blob:http%3A//m.b2b168 

    33    32的放大

    blob:http%3A//m.b2b168

    34    32的进一步放大

     blob:http%3A//m.b2b168

    35    S1-2#试样腐蚀部位形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    36    35的局部放大

    blob:http%3A//m.b2b168 

    37    S2-1#试样腐蚀部位形貌

    blob:http%3A//m.b2b168

    38    37的局部放大

    blob:http%3A//m.b2b168 

    39    37的进一步放大图

    blob:http%3A//m.b2b168

    40    S2-1#试样另一腐蚀部位形貌

    blob:http%3A//m.b2b168 

    41    40的放大图

    blob:http%3A//m.b2b168

    42    40的进一步放大

    blob:http%3A//m.b2b168

    43    S1-1#测试区域能谱测试结果

    blob:http%3A//m.b2b168

    44    S1-2#测试区域能谱测试结果

     

    43

    C

    O

    Al

    Si

    S

    Mn

    Fe

    Zn

    Pb

    Total

    1

    9.79

    30.71

    29.34

    2.08

    0.19

    /

    27.88

    /

    /

    100.00

    2

    3.04

    37.11

    0.43

    3.41

    1.15

    0.96

    50.73

    1.84

    1.34

    100.00

    3

    7.16

    33.88

    29.92

    1.87

    0.21

    /

    25.44

    1.53

    /

    100.00

     

    44

    C

    O

    Al

    Si

    S

    Ca

    Fe

    Zn

    Mo

    Total

    1

    17.49

    32.49

    0.55

    1.17

    0.35

    /

    47.50

    /

    0.45

    100.00

    2

    17.21

    33.13

    /

    0.89

    0.52

    0.34

    45.47

    2.44

    /

    100.00

    3

    15.17

    30.27

    /

    1.24

    0.59

    /

    52.74

    /

    /

    100.00

     

    blob:http%3A//m.b2b168

    45    S2-1#测试区域能谱测试结果

    45

    C

    O

    Al

    Si

    S

    Ca

    Cr

    Mn

    Fe

    Zn

    Total

    1

    7.73

    43.16

    0.69

    7.20

    1.25

    0.64

     

     

    36.00

    3.33

    100.00

    2

    11.04

    22.94

    0.51

    6.13

    1.64

    1.11

     

    2.60

    52.20

    1.82

    100.00

    3

    9.52

    41.59

    1.04

    11.83

    1.20

    0.83

    0.58

    1.07

    28.41

    3.94

    100.00

    六、化学成分实验

    截取的化学成分试样,采用直读光谱确定了化学成分,根据质保书中的规定,钢管的材质为Q235,因此将Q235的质保书规定值和实测值列于表2中。

    2    化学成分测试值和标准值

     

    化学成分(wt%

    C

    Si

    Mn

    P

    S

    实测值

    0.060

    0.159

    0.341

    0.016

    0.032

    质保书规定值

    0.15

    0.25

    0.45

    0.022

    0.015

    测试结果显示,钢管的化学成分不符合质保书的要求。

    七、拉伸实验

    由于钢管表面已经做了防腐层,且局部已经锈蚀,无法按照质保书的规定进行压扁和弯曲实验,只进行了拉伸实验,测试结果和质保书的要求值列于表3中,由于拉伸试样上也存在腐蚀坑,实测值124断裂的部位均在腐蚀坑上,因此只有实测值3有参考意义。从实测值3的情况看,其抗拉强度值低于质保书的的值。

    3    拉伸实验测试结果

     

    拉伸实验

    屈服强度RP0.2(MPa)

    抗拉强度Rm(MPa)

    伸长率A%

    质保书要求值

    235

    400

    12%

    实测值1

    229

    274

    12%

    实测值2

    263

    327

    10%

    实测值3

    304

    382

    24%

    实测值4

    245

    317

    11%

    八、消防管泄漏过程分析

    阿艾夫物联网产业园位于天府新区双流公兴镇镜内,现场调查可知埋设地点的土壤为略带红棕色的黏土,干燥后的土壤呈黄色,板结较为严重。这种土壤中有机质含量较少,一般情况下不会造成钢材的严重腐蚀。

    金相实验中发现钢管金相组织中含有大量的夹杂物,扫描电镜能谱分析也同时证明了,外表面腐蚀坑的内部氧化堆积物含有大量的夹杂物元素,在钢管外表面金属暴露在含水和氧气的土壤中时,大量的夹杂物会导致钢材内部形成原电池(金属是阳极,非金属夹杂物是阴极),镀锌层率先腐蚀,锌层腐蚀完后,随即钢材也会加速腐蚀。

    钢管内壁呈断续状直线分布的腐蚀点,实际上并没有锈蚀成孔,形貌呈直线的原因是钢管外壁腐蚀穿后,切断了消防水供应,但是管内余水并未排尽,在水与空气交界部位的钢管壁,出现了原电池反应(锌层为阳极,夹杂物为阴极。)导致了腐蚀。由于时间较短并未出现内壁开始的腐蚀穿孔。

    八、结论及建议

    1)钢管材质分析结果表明,钢材硫元素含量不满足质保书要求

    2钢材机械性能分析结果表明,材料机械性能指标低于质保书要求。

    3)钢管腐蚀的原因是由于钢材基体中含有大量密集分布的非金属夹杂物。这些夹杂物减弱了钢材整体的抗腐蚀能力,形成了阳极(金属)-阴极(非金属夹杂物)的原电池结构,在土壤中含有的水分和氧气的作用下发生电化学腐蚀,最后导致腐蚀穿孔,引起泄漏。

    4)从现有的情况看,园区内消防水管均存在泄漏隐患。从材料学的角度建议,建议更换所有消防管道,更换施工时要确保防腐层施工质量。如果没有条件,建议采用阳极保护的措施,外接保护金属,使得原电池反应优先腐蚀保护金属。减缓对钢管的腐蚀。

    九、参考资料

    1)中国腐蚀与防护学会主编,王光雍,王海江,李兴濂等. 腐蚀与防护全书:自然环境的腐蚀与防护:大气·海水·土壤[M],北京:化学工业出版社,1997. P225-227.

    2ASM International. ASM HandBook vol11 Failure Analysis and Prevention[M].Ohio:The materials information company. 2002. P1869-1915