承压设备损伤 之 材质劣化（一）

参考标准：

[1] GB/T30579-2014 承压设备损伤模式识别

[2] GBT26610.1-2011 承压设备系统基于风险的检验实施导则 第1部分：基本要求和实施程序

GB/T 30579在引言中介绍道，损伤与失效不同之处在于损伤是一个发生过程，失效是损伤积累到一定程度，承压设备强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态，即出现损伤时不一定失效，发生失效前一定出现了损伤。对于损伤模式识别，有助于在役设备的检测和评估，利于在设备发生失效前及时进行修复或报废处理。

或许设计、制造人士对这个标准不甚熟悉，但如果对设备损伤模式有所了解，对于设计中选材或是制定加工工艺等还是有帮助的，可以避开一些误区。

本文结合GB/T 30579-2014和GBT 26610.1-2011的附录A，就损伤模式中的材质劣化进行简要地介绍，其他内容见标准。

GB/T 30579列出的材质劣化包括15种，分别为：

1. 晶粒长大

在钢受热到一定温度以上时发生晶粒增长，碳钢从593℃开始，大部分从732℃开始，奥氏体不锈钢和镍铬合金在899℃开始。

晶粒长大会导致抗拉强度、韧性及抗蠕变能力下降。

如果材质中含有铝、铝、锆、钛、铌等可抑制晶粒长大的元素。另外，设备在进行热处理时应根据具体材质严格控制加热温度和保温时间。

2. 渗氮

暴露于氮化物含量高的介质中，如氨、氰化物等，碳钢、低合金钢、300、400系列不锈钢及镍基合金等材料表面会形成硬而脆的表面层，称之为渗氮。

渗氮多发生于材料表面，呈暗灰色，一定条件下会出现剥落，并且渗氮层的裂纹可能会扩展延伸至母材。渗氮会影响材料的耐腐蚀性能，还会导致高温蠕变强度、室温力学性能（韧性、延展性）、焊接性能下降。

渗氮损伤的主要影响因素包括：氮分压，温度（316℃以上可能发生，482℃以上渗氮敏感性高），Ni含量（30%~80%的合金有较好的耐渗氮能力），以及在介质环境中的暴露时间长短。

3. 球化

球化是指材料在高温（440℃~760℃）长期使用过程中，珠光体中渗碳体形态由最初的层片关逐渐转变成球状的过程。目视一般难以发现，主要通过金相分析判断。

球化会导致材料强度降低，但延展性一般会增大，应力集中区域会发生变形。不过，若无外加高应力，或球化部位不在应力集中区域，或没有其他损伤联合作用，很少发生失效。

所用常用牌号的碳钢和低合金钢都可能出球化。

材料出现球化的同时，还可能伴随着出现石墨化。

4. 石墨化

长期在427℃~596℃温度范围内使用的碳钢、0.5Mo钢，珠光体颗粒容易分解成铁素体颗粒和石墨。石墨化宏观观察难以发现，也主要是通过金相检测判断。

如果是球状石墨随机分布于钢材各处，材料的抗拉强度会下降，但不全降低材料的抗蠕变能力；如果球状石墨链状分布或集中在局部区域的同一平面上，可能出现脆性断裂，具有破坏性。而石墨化损伤末期会出现蠕变强度下降，包括微裂纹或微孔洞形成、表面及近表面开裂。

石墨化的特点：

427℃以下，石墨化速率极慢；

454℃下材料的轻微石墨化需要30~40年时间，538℃以上严重石墨化仅需5年时间；

局部屈服和显著塑性变形的区域，易发生石墨化；

含有铬元素（0.7%即可）的材料，石墨化几乎不发生。

5. 渗碳

高温下金属材料与富碳材料或渗碳环境接触，碳元素向金属材料内部扩散，产生金属碳化物脆性相。

材料表面的渗碳层硬而脆，冷却时可能开裂或剥离。

材料表面硬度的增加，高温蠕变延展性，及韧性、焊接性和耐腐蚀能力都会降低；

渗碳后合金的铁磁性可能增加，并且渗碳会消耗掉周围基体的元素。

碳钢、低合金钢，300、400系列不锈钢，铁含量高的镍基合金（600、800）等都有可能出现渗碳。不过，铬、镍元素含量高的材料，抗渗碳能力较强。

降低温度，或降低碳活性，可以预防渗碳的发生。

（待续）