《石油管材與裝備材料失效分析導(dǎo)則》

ICS75.180

CCSE98SY

中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準

SY/T6945－××××

代替SY/T6945-2013

石油管材與裝備材料失效分析導(dǎo)則

Guidelinesonthefailureanalysisforpetroleumtubulargoodsandequipment

materials

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

××××-××-××發(fā)布××××-××-××實施

國家能源局發(fā)布

SY/T6945—××××

目次

前言...............................................................................................................................................................III

1范圍.....................................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件................................................................................................................................................1

3術(shù)語和定義........................................................................................................................................................1

4失效的特征與主要來源....................................................................................................................................3

4.1失效的特征............................................................................................................................................3

4.2失效的主要來源....................................................................................................................................4

5失效分析原則、方法與作用............................................................................................................................5

5.1失效分析的原則....................................................................................................................................5

5.2失效分析方法........................................................................................................................................5

5.3失效分析作用........................................................................................................................................6

6失效分析的一般程序........................................................................................................................................6

6.1通用要求.................................................................................................................................................6

6.2失效分析的基本程序............................................................................................................................6

6.3任務(wù)要求.................................................................................................................................................7

6.4項目立項.................................................................................................................................................8

6.5調(diào)查研究.................................................................................................................................................8

6.6分析方案管理........................................................................................................................................8

6.7失效件的宏觀分析................................................................................................................................9

6.8失效件的微觀分析................................................................................................................................9

6.9失效件的無損檢測分析........................................................................................................................9

6.10失效件的斷口分析..............................................................................................................................9

6.11失效件的材料性能檢測......................................................................................................................9

6.12失效件的實物性能檢測......................................................................................................................9

6.13失效件的工況分析..............................................................................................................................9

6.14失效原因的綜合分析..........................................................................................................................9

I

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6.15失效的再現(xiàn)..........................................................................................................................................9

6.16預(yù)防失效的建議和措施....................................................................................................................10

6.17失效分析報告管理............................................................................................................................10

6.18保密性要求........................................................................................................................................10

6.19殘樣的保存和處理............................................................................................................................10

7失效預(yù)防措施..................................................................................................................................................11

7.1合理選材..............................................................................................................................................11

7.2合理結(jié)構(gòu)設(shè)計......................................................................................................................................11

7.3合理加工與裝配..................................................................................................................................11

7.4合理使用與維護..................................................................................................................................11

7.5監(jiān)檢測與安全評價..............................................................................................................................11

7.6限制使用與報廢..................................................................................................................................11

7.7失效預(yù)測預(yù)防智能化方法..................................................................................................................11

8失效分析機構(gòu)與人員......................................................................................................................................11

8.1失效分析機構(gòu)......................................................................................................................................11

8.2失效分析人員......................................................................................................................................12

附錄A（資料性）石油管材與裝備材料典型失效模式分析......................................................................13

II

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石油管材與裝備材料失效分析導(dǎo)則

1范圍

本文件描述了石油管材與裝備失效分析術(shù)語、失效的特征與主要來源、分析原則與方法，規(guī)定了一

般程序、失效預(yù)防措施及失效分析機構(gòu)與人員等技術(shù)要求，附錄包括了典型失效模式分析，為石油管材

與裝備材料的失效分析提供指導(dǎo)性程序規(guī)范。

本文件適用于各類油井管、輸送管、煉化用管等石油管材和各類石油鉆采設(shè)備、輸送設(shè)備、煉油化

工設(shè)備、海洋工程設(shè)備、金屬壓力容器等石油裝備材料的失效分析。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7826系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)失效模式和影響分析（FMEA）程序

HB7478-2014航空裝備失效分析人員的資格鑒定與認證

T/CSTM00276-2020機械產(chǎn)品失效分析術(shù)語金屬失效分析

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

失效failure

機械產(chǎn)品的零件或部件處于下列三種狀態(tài)之一時，就可定義為失效：

——當它完全不能工作時；

——仍然可以工作，但已不能令人滿意地實現(xiàn)預(yù)期的功能時；

——受到嚴重損傷不能可靠而安全地斷續(xù)使用時。

3.2

早期失效earlyfailure

使用初期，由于設(shè)計和制造上的缺陷或不當操作而誘發(fā)的失效。

3.3

隨機失效（偶然失效）randomfailure

由于環(huán)境的偶然變化、操作時的人為差錯或管理不善產(chǎn)生的隨機或偶然的失效。

3.4

耗損失效（損傷累積失效）degradationfailure

產(chǎn)品或零部件已到了壽命終止期而出現(xiàn)的大量失效。

3.5

1

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失效分析failureanalysis

按一定的思路和方法判斷失效性質(zhì)、分析失效原因、研究失效事故處理方法和預(yù)防措施的技術(shù)活動

和管理活動，統(tǒng)稱失效分析。

3.6

失效模式failuremode

失效的宏觀表現(xiàn)形式和過程規(guī)律。

3.7

失效件failureparts

喪失規(guī)定功能的構(gòu)件。

3.8

失效原因failurecause

釀成失效甚至事故直接的關(guān)鍵因素。

3.9

宏觀分析macroscopicanalysis

相對于微觀分析而言的。是指外在的，可通過目視或低倍放大鏡，從大的方面和角度進行分析。

3.10

微觀分析microanalysis

金屬與合金的各種相的形貌(形狀、大小和分布等)、晶體結(jié)構(gòu)、化學組成等微觀的研究。

3.11

故障樹分析faulttreeanalysis

通過對可能造成構(gòu)件失效的產(chǎn)品質(zhì)量、載荷、環(huán)境、操作因素等進行分析，繪制故障樹，從而確定

故障原因的各種可能組合方式和（或）其發(fā)生概率的一種分析技術(shù)。

3.12

金相metallographic

金屬組織中化學成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的組成，包括固溶體、金屬化合物和純物質(zhì)。

3.13

金相組織microstructure

反映金屬金相的具體形態(tài)，如馬氏體、珠光體、鐵素體等。

3.14

力學性能mechanicalproperties

材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、

沖擊、交變應(yīng)力等）時所表現(xiàn)出的力學特征。

3.15

缺陷defect

能導(dǎo)致產(chǎn)品或零部件失效，并作為產(chǎn)品拒收依據(jù)的足夠大的缺欠。

3.16

斷口fracturesurface

金屬破斷后獲得的一對相互匹配的斷裂表面及其外觀形貌。

3.17

斷口分析fractureanalysis

對金屬失效件斷裂面進行檢查并分析其斷裂原因的技術(shù)。

3.18

過載斷裂overlaodfracture

當外加載荷導(dǎo)致應(yīng)力超過材料強度極限造成的斷裂。

[T/CSTM00276-2020,定義3.2.8]

3.19

脆性斷裂brittlefracture

宏觀上幾乎不伴隨塑性變形的斷裂現(xiàn)象。

[T/CSTM00276-2020,定義3.2.10]

3.20

韌性/延性斷裂ductilefracture

2

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宏觀上伴隨明顯塑性變形的斷裂現(xiàn)象。

[T/CSTM00276-2020,定義3.2.11]

3.21

應(yīng)力腐蝕stress-corrosion

金屬材料或構(gòu)件在特定的腐蝕介質(zhì)和一定的拉應(yīng)力共同作用下發(fā)生的低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象。

3.22

疲勞斷裂fatiguefracture

構(gòu)件在交變應(yīng)力反復(fù)作用下發(fā)生的斷裂。

3.23

腐蝕corrosion

材料在周圍介質(zhì)作用下產(chǎn)生損耗與破壞的過程。

3.34

磨損wear

物體表面相接觸并做相對運動時，材料自該表面逐漸損失以致表面損傷的現(xiàn)象。

3.35

應(yīng)力集中stressconcentration

局部區(qū)域出現(xiàn)的應(yīng)力明顯變化。幾何尺寸的變化、缺陷等都可引起應(yīng)力集中。

[T/CSTM00276-2020,定義3.2.1]

3.36

殘余應(yīng)力residualstress

消除外力和不均勻溫度等作用后，仍留在材料或構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。

3.37

變形deformation

材料在力作用下產(chǎn)生形狀和尺寸的變化。

3.38

彈性變形elasticdeformation

材料在力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后變形完全消失的現(xiàn)象。

3.39

塑性變形plasticdeformation

材料在力作用下發(fā)生的永久變形。

3.40

蠕變creep

材料在恒定載荷或應(yīng)力作用下發(fā)生的緩慢而又連續(xù)的一種滯彈性形變。

3.41

失穩(wěn)unstability

4受力構(gòu)件喪失保持穩(wěn)定平衡的能力。失效的特征與主要來源

4.1失效的特征

管材與裝備失效的發(fā)展過程具有三個階段特征，用以失效率與服役時間之間構(gòu)成的曲線——“浴盆

曲線”描述，如圖1。

3

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圖1石油管材與裝備材料失效特征曲線“浴盆曲線”

a）早期失效：在管材與裝備服役初期，易暴露由于設(shè)計和制造上的缺陷而導(dǎo)致失效，早期失效率

較高，隨服役時間延長，失效率下降；

b）隨機失效：由于服役環(huán)境的偶然變化、使用維護偶然差錯或者管理不善等所造成的失效，失效

率隨機分布、以較低的水平保持基本恒定；

c）耗損失效：管材與裝備的構(gòu)件服役進入全生命周期中后期，失效率大幅增加。

標引序號說明：

1——早期失效；

2——隨機失效；

3——耗損失效；

λ——失效率；

t——使用時間。

4.2失效的主要來源

失效的來源主要包括以下6個方面：

a）設(shè)計缺陷：由于設(shè)計上某些缺點可造成失效，很多情況下設(shè)計的完善需要通過失效分析的反饋

實現(xiàn)；

b）選材不合理：選材是設(shè)計中的重要組成部分，通常與設(shè)計構(gòu)型與尺寸等有關(guān)，選材的承載、耐

溫、耐腐蝕、耐磨損、耐疲勞等性能不足可造成失效；

c）材料缺陷：材料內(nèi)部和表面的缺陷可降低材料的總強度，并導(dǎo)致應(yīng)力集中促進裂紋萌生擴展和

腐蝕發(fā)生；

d）加工制造問題：加工制造過程的技術(shù)要求不全面、加工工藝不合理、質(zhì)量控制不規(guī)范、意外損

傷等因素可造成失效；

e）裝配失誤：裝配失誤包括使用說明不準確、操作人員錯誤等，不宜在性能檢測中發(fā)現(xiàn)，可在初

次工作時發(fā)生失效，或經(jīng)過一定時間使用后導(dǎo)致失效；

f）服役條件因素：包括但不局限于載荷、溫度、加速度和化學環(huán)境等苛刻條件可導(dǎo)致失效，沒有

4

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按照要求維護檢修、檢測和監(jiān)控等可造成失效。

5失效分析原則、方法與作用

5.1失效分析的原則

5.1.1客觀公正原則

本質(zhì)上，失效是人的主觀認識和客觀事物不一致的結(jié)果，因此失效分析應(yīng)遵循客觀公正原則。失效

分析過程應(yīng)尊重客觀事實，排除各種人為干擾對失效分析進程和結(jié)論的影響。

5.1.2整體觀念原則

整體觀念原則是指在進行石油管材與裝備材料失效原因分析時，需要考慮的對象不僅僅是失效構(gòu)件，

更要把“構(gòu)件－環(huán)境－人”當作一個系統(tǒng)來考慮，逐個列出失效因素，再逐個進行排除，即不僅要從材

料、結(jié)構(gòu)、制造工藝以及斷口上找原因，還得對其服役環(huán)境，人員操作等因素進行整體綜合考慮，列出

失效因素，逐條對照分析，查找失效原因。

5.1.3從現(xiàn)象到本質(zhì)的原則

失效的表現(xiàn)是現(xiàn)象，原因才是本質(zhì)。從現(xiàn)象到本質(zhì)的失效分析原則，是從失效的現(xiàn)象出發(fā)，分析現(xiàn)

象所表現(xiàn)的特征，查找失效原因，再從理論、機理上分析導(dǎo)致失效的本質(zhì)因素，找出本質(zhì)的原因。

5.1.4動態(tài)原則

失效的石油管材與裝備材料常處于與服役歷史、載荷條件、外界環(huán)境的相對運動變化之中，內(nèi)部受

力條件、外部溫度和環(huán)境介質(zhì)都在隨時間不斷地變化，其失效模式也在變化，因而需要用動態(tài)的分析原

則，根據(jù)具體情況進行失效原因分析。

5.1.5兩分法原則

任何石油管材與裝備材料的失效，都有導(dǎo)致其失效的主要因素和次要因素，在失效分析中也要一分

為二，把分析的重點放在查找導(dǎo)致失效的主要原因和關(guān)鍵因素。

5.2失效分析方法

5.2.1相關(guān)性分析方法

按失效石油管材與裝備的制造全過程和使用條件進行分析的方法。

——包括對石油管材與裝備的設(shè)計，標準選用，使用條件，加工質(zhì)量等進行審查；

——對材料進行分析，包括熱處理工藝、材料成分、夾雜物、冶金缺陷等；

——加工制造缺陷分析，包括鑄造缺陷、鍛造缺陷、焊接缺陷、冷加工缺陷、碰傷表面缺陷、腐蝕

缺陷和裝配不當缺陷等；

——使用和維護情況分析，如過載、超期服役、維護缺失等。

5.2.2“六M”分析方法

按人（Man）、機（Machine）、料（Material）、法（Method）、環(huán)（Media）和管理（Management）

六方面進行分析，通過查找各個環(huán)節(jié)可能造成的失效因素，進行失效原因的判定。

——操作人員的情況分析，包括人員的工作態(tài)度、責任心、工作經(jīng)驗、技術(shù)能力、反應(yīng)程度等。

——設(shè)備情況的分析，包括石油管管材與裝備全生命周期涉及的制造、使用、維護、檢修設(shè)備等。

——材料情況的分析，包括材料設(shè)計、選擇、質(zhì)量控制等因素。

——制造、使用方法等方面的分析，包括制造工藝、使用規(guī)程、維護措施、檢修程序等。

——使用狀態(tài)下的環(huán)境情況分析，包括載荷狀態(tài)變化、載荷大小變化、載荷方向變化、周圍溫度

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的變化、腐蝕介質(zhì)等。

——管理情況分析，包括作業(yè)程序、保護措施、維護保養(yǎng)等。

5.2.3故障樹分析法

一種基于系統(tǒng)可靠性的分析方法，用樹狀圖對系統(tǒng)進行演繹分析。從所定義的“不希望事件”開始，

在給定的邊界條件下，把系統(tǒng)故障的有關(guān)因素聯(lián)系起來，按系統(tǒng)失效的規(guī)律，對系統(tǒng)的組件故障、人為

差錯、環(huán)境影響等進行分析。故障樹分析法既可以用于事后分析，查找故障產(chǎn)生的原因；也可以用于事

前分析，進行系統(tǒng)故障的預(yù)測和診斷。

5.2.4失效模式及后果分析法

失效模式與后果分析（FailureModeandEffectsAnalysis），簡稱FMEA，是一種定性的具有工程實

用價值的可靠性分析方法。該方法是利用潛在失效模式及后果分析法的結(jié)果，通過對比已發(fā)生的失效模

式和后果，反推分析失效原因的方法。通過潛在失效模式及后果分析法，可以發(fā)現(xiàn)和評價產(chǎn)品/過程中

一切潛在的失效模式，及早地指出根據(jù)經(jīng)驗判斷出的弱點和可能發(fā)生的缺陷，并分析導(dǎo)致的失效后果和

風險。

按照GB/T7826規(guī)定計算失效風險。

5.2.5可靠性評估法

影響構(gòu)件故障的各種因素可分為“載荷”與“抗力”兩類，“載荷”大于“抗力”時故障發(fā)生?！拜d

荷”包括但不局限于受力、溫度、腐蝕介質(zhì)等服役外部因素?！翱沽Α笔菢?gòu)件承受工況條件的能力，即

阻止故障發(fā)生的因素，包括但不局限于材料抗彈性變形指標、抗塑性變形指標、抗斷裂/疲勞斷裂/環(huán)境

斷裂指標、耐溫度指標等構(gòu)件自身因素。

“載荷”和“抗力”是受多種因素影響的隨機變量，具有一定的分布規(guī)律?？蛇\用失效概率計算方

法確定構(gòu)件服役“載荷”和“抗力”指標分布并加以綜合，計算構(gòu)件服役安全可靠度（即抵抗失效的整

體概率）。構(gòu)件服役安全裕度以“載荷”和“抗力”相互重疊干涉所表征的可靠性指標予以量化評估。

5.2.6失效分析數(shù)據(jù)庫、知識庫與智能診斷技術(shù)

建立石油管材與裝備材料失效分析數(shù)據(jù)庫及知識庫，將數(shù)字化失效分析數(shù)據(jù)、知識、能力等進行信

息技術(shù)融合應(yīng)用，實現(xiàn)信息錄入、傳輸、編輯、查詢、統(tǒng)計、處理等功能。失效分析數(shù)據(jù)庫可包括石油

管與裝備材料、結(jié)構(gòu)、規(guī)格、制造信息、服役條件、使用歷史、現(xiàn)場失效情況及失效原因等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

失效分析知識庫基于知識工程、數(shù)字孿生、智能化建模提供知識圖譜、工具方法、知識模型等數(shù)字知識

應(yīng)用，實現(xiàn)對石油管材與裝備失效問題的快速智能診斷。

5.3失效分析作用

石油管材與裝備材料失效分析的作用包括：

a）可減少和避免同類失效現(xiàn)象的重復(fù)發(fā)生，降低安全風險，減少經(jīng)濟損失；

b）是石油管材與裝備材料全面質(zhì)量管理中重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)；

c）可為事故仲裁、制修訂質(zhì)量標準等提供科學依據(jù)；

d）可為技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、技術(shù)進步提供信息、方向、途徑和方法；

e）可為工程、技術(shù)和經(jīng)濟決策提供科學信息來源。

6失效分析的一般程序

6.1通用要求

失效分析項目按照一套完整的程序進行管理與控制，項目運行可控，能進行回查和追溯。

6.2失效分析的基本程序

6

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鑒于石油管材與裝備材料失效模式、原因的復(fù)雜性，應(yīng)針對具體失效樣品制定具體分析方案，不應(yīng)

按照統(tǒng)一方法。本文件僅推薦失效分析過程的基本程序，明確應(yīng)注意的重點環(huán)節(jié)，如圖2所示。

失效（故障）發(fā)生

調(diào)查加工和服役歷史現(xiàn)場調(diào)查及殘骸分析

初步觀察

判定分析方案

無損檢測分析

宏觀斷口分析

制備復(fù)型及截取試樣

金相分析微觀斷口分析化學成分分析常規(guī)力性測定

制造件和有關(guān)失效零部件應(yīng)力找出具體

定性斷口模擬復(fù)核

使用件的抗力指標分布測定及的失效抗

學分析試驗分析

統(tǒng)計分析的測定計算力表達式

綜合分析確定失效原因

進行生產(chǎn)考驗提出改進措施

圖2石油管材與裝備材料失效分析基本程序

6.3任務(wù)要求

6.3.1任務(wù)來源

失效分析任務(wù)可由上級主管部門下達，也可由設(shè)計、研究、生產(chǎn)或使用單位委托。

6.3.2接受任務(wù)

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接受任務(wù)時應(yīng)對失效件的情況做如下了解，并接收失效樣品和相關(guān)資料：

a）失效件的名稱、鋼級、規(guī)格、材料以及失效件相關(guān)標準等基本信息；

b）失效件所屬的系統(tǒng)或組件；

c）失效件的制造工藝歷史；

d）失效件的服役環(huán)境、服役工況；

e）失效情況報告或資料；

f）失效件的歷史使用情況。

6.4項目立項

6.4.1項目負責人

失效分析項目負責人，應(yīng)由失效分析機構(gòu)指定。項目負責人應(yīng)具有國家或行業(yè)相應(yīng)機構(gòu)頒發(fā)的從事

失效分析的資質(zhì)證書或從業(yè)證書。

6.4.2項目登記

項目負責人在接受任務(wù)后應(yīng)按程序進行項目登記，填寫相關(guān)資料，獲得項目內(nèi)控編號。

6.5調(diào)查研究

6.5.1事故現(xiàn)場的觀察與記錄

項目負責人應(yīng)對事故現(xiàn)場作詳細的觀察、記錄、照相、及錄像等，不應(yīng)遺漏可能造成事故發(fā)生的任

何重要情況。

6.5.2調(diào)研內(nèi)容

調(diào)查研究內(nèi)容主要包括：

a）事故發(fā)生的時間、地點、失效現(xiàn)場的環(huán)境以及失效件的使用工況；

b）尋找失效的殘樣，了解并記錄殘樣的狀態(tài)；

c）失效件在失效前的運轉(zhuǎn)（工作）情況及出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象；

d）有關(guān)的設(shè)計、工藝圖紙、計算書、生產(chǎn)制作、出廠檢驗、貯運包裝及調(diào)試測試等資料；

e）相關(guān)結(jié)構(gòu)件的損傷情況；

f）征詢有關(guān)人員對結(jié)構(gòu)件失效的見解；

g）對同批發(fā)生的多次（根）失效件，研究失效件間的共同之處，優(yōu)選進行分析的失效件。

6.6分析方案管理

6.6.1分析方案的制定

項目負責人在項目運行前應(yīng)制定詳實、具體、可操作的分析方案。

6.6.2分析方案的審批

制定的分析方案經(jīng)失效分析機構(gòu)技術(shù)負責人審批后方可執(zhí)行。在項目運行過程中，應(yīng)嚴格按照已定

方案執(zhí)行，不應(yīng)隨意更改或調(diào)整。

6.6.3分析方案的備案

經(jīng)審批后的分析方案應(yīng)提交相關(guān)管理部門備案，并按項目管理程序進行實施。

6.6.4分析方案的更改或調(diào)整

在執(zhí)行過程中，若需要對分析方案進行更改或調(diào)整，項目負責人應(yīng)重新制定方案，說明原因，并經(jīng)

失效分析機構(gòu)技術(shù)負責人審批后方可進行。

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6.7失效件的宏觀分析

對失效件的宏觀形貌進行描述和分析，包括必要的尺寸測量、失效部位宏觀形貌、可視缺陷、應(yīng)力

集中部位、損傷形貌（腐蝕、沖蝕、磨損等）、相鄰部件或配偶件、表面附著物等，并進行初步判斷。

6.8失效件的微觀分析

根據(jù)需要，對失效部位和其他缺陷，如斷口、裂紋的表面，進行微觀形貌分析和成分分析，并對檢

測結(jié)果進行照相和記錄。

6.9失效件的無損檢測分析

在對失效件進行破壞性試驗之前，根據(jù)需要及相應(yīng)標準，應(yīng)對失效件進行無損檢測，并對檢測出的

缺陷進行標記和記錄。

6.10失效件的斷口分析

應(yīng)對斷口形貌特征開展分析，可得到有關(guān)構(gòu)件使用條件和失效特點的資料，可了解斷口附近材料的

性質(zhì)和狀況，判明斷裂源、裂紋擴展方向和斷裂順序，確定斷裂的性質(zhì)，找出斷裂的主要原因。

斷口分析宜先用肉眼或低倍實體顯微鏡和立體顯微鏡多角度觀察其紋理和特征，再用電子顯微鏡對

有代表性的部位觀察其微觀特征。

6.11失效件的材料性能檢測

6.11.1化學成分檢測

根據(jù)需要，按相關(guān)標準分析材料的化學成分。當表面有腐蝕產(chǎn)物時，也應(yīng)分析腐蝕產(chǎn)物成分。

6.11.2力學性能檢測

根據(jù)需要，按相關(guān)標準檢測材料的力學性能，具體檢測項目可視失效件尺寸結(jié)構(gòu)而定。

6.11.3組織檢測

根據(jù)需要，按相關(guān)標準對失效件的材料組織進行檢測分析，包括材料的金相組織，晶粒度、夾雜物

等，并對檢測結(jié)果進行照相和記錄。

6.11.4抗腐蝕性能檢測

根據(jù)需要，按相關(guān)標準對失效件的抗腐蝕性能進行檢測分析，并對檢測結(jié)果進行照相和記錄。

6.12失效件的實物性能檢測

根據(jù)需要，按相關(guān)標準檢測與失效相關(guān)的實物性能；若失效件不具備進行實物性能檢測的條件，可

從同批次的產(chǎn)品或構(gòu)件中抽樣，且檢測結(jié)果應(yīng)視為代表失效件的實物性能。

6.13失效件的工況分析

根據(jù)需要，對失效件的服役工況進行分析，研究失效件所處的環(huán)境、承受的載荷以及失效件結(jié)構(gòu)對

失效的影響。

6.14失效原因的綜合分析

在調(diào)研、觀察、試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合失效件的服役工況和相關(guān)理論知識，應(yīng)用合適的失效分析方法，

對所獲得的各種信息進行歸納、整理和綜合分析，判定失效件的失效原因。

6.15失效的再現(xiàn)

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根據(jù)需要和可行性，應(yīng)進行重復(fù)性模擬試驗，進行失效的再現(xiàn)工作。

6.16預(yù)防失效的建議和措施

根據(jù)需要，依據(jù)判定的失效原因，提出可預(yù)防類似失效的建議和措施。

6.17失效分析報告管理

6.17.1失效分析報告的撰寫

失效分析報告應(yīng)由項目負責人負責撰寫，如適用，報告應(yīng)主要包括下列內(nèi)容：

a）任務(wù)來源；

b）失效件的相關(guān)信息，如類型、型號、規(guī)格、尺寸、鋼級等；

c）失效件失效前的工作條件及失效現(xiàn)象；

d）失效件的宏觀分析（斷口分析）；

e）失效件的無損檢測分析；

f）失效件材料的化學成分分析；

g）失效件材料的金相組織分析；

h）失效件材料的力學性能分析；

i）失效件的實物性能檢測；

j）失效件的微觀分析（斷口分析）；

k）失效原因的綜合分析；

l）失效分析結(jié)論；

m）預(yù)防類似失效的建議和措施。

6.17.2失效分析報告的審批

項目負責人應(yīng)將擬好的失效報告遞交失效分析機構(gòu)技術(shù)負責人進行審閱，并按照審閱意見進行修改

或補充。對重大失效分析項目，失效分析機構(gòu)技術(shù)負責人應(yīng)組織相關(guān)專家進行會審。

6.17.3報告的簽發(fā)

經(jīng)審批后的失效分析報告，應(yīng)按照統(tǒng)一的格式進行排版和編號，由失效分析機構(gòu)的技術(shù)主管負責人

簽發(fā)。管理部門應(yīng)對報告簽發(fā)單和所有的原始試驗數(shù)據(jù)進行核實，在報告的固定位置加蓋具有法律效力

的印章。

6.17.4報告的歸檔

管理部門應(yīng)對整個項目的所有原始記錄進行歸納，整理并歸檔，以備回查和追溯。報告的歸檔管理

期至少10年。

6.18保密性要求

失效分析項目相關(guān)人員對委托方信息及失效分析項目情況負有保密義務(wù)，在除履行法定義務(wù)外的情

況下，不得隨意向第三方透露項目信息及資料。

6.19殘樣的保存和處理

6.19.1殘樣的保存

根據(jù)委托方的要求，對殘樣的保存通常有以下兩種方式：

——由委托方取回自行進行保存；

——由失效分析機構(gòu)進行保存。

6.19.2保存的期限

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一般殘樣的合理保存期為報告異議期后的3個月。對于特殊失效件殘樣，保存期可以根據(jù)情況適當

延長。

6.19.3殘樣的處理

對保存期內(nèi)的殘樣應(yīng)妥善保存，以備復(fù)檢。對保存期后的殘樣，失效分析單位不再承擔殘樣保存的

義務(wù)。

7失效預(yù)防措施

7.1合理選材

針對石油管材與裝備材料服役條件，突出與服役條件相對應(yīng)的材料合理性能指標：

a）選擇合理的材料強度、塑性、韌性匹配；

b）選擇材料具有高的疲勞強度和低的裂紋擴展速率；

c）選擇材料具有高的應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強度因子；

d）選擇合理的表面強化材料與工藝。

7.2合理結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對石油管材與裝備材料服役條件，改變其結(jié)構(gòu)形式與尺寸以符合如下性能要求：

a）提高其承載性能，包括但不局限于局部增加壁厚、增加連接件嚙合長度等；

b）提高其密封性能，包括但不局限于增加密封件數(shù)量、增加密封接觸寬度、提高密封接觸壓力、

優(yōu)選液體密封材料等；

c）提高其耐磨性能，包括但不局限于降低摩擦距離、降低摩擦壓力、提高表面性能與質(zhì)量等；

d）降低應(yīng)力集中，包括但不局限于增加過渡圓角、加長過渡段、避免尖角、優(yōu)化危險截面尺寸等。

7.3合理加工與裝配

按照工藝規(guī)程進行加工和裝配，嚴格構(gòu)件尺寸、表面粗糙度等質(zhì)量控制。

7.4合理使用與維護

針對石油管材與裝備材料服役特點，應(yīng)合理使用和維護保養(yǎng)，保證其原始結(jié)構(gòu)尺寸，減少環(huán)境損傷。

7.5監(jiān)檢測與安全評價

根據(jù)失效原因采用無損檢測方法定期檢測監(jiān)測失效征候，評價其服役安全性。

7.6限制使用與報廢

針對石油管材與裝備材料失效原因及預(yù)測分析結(jié)果，限定構(gòu)件繼續(xù)服役條件或終止服役并更換構(gòu)件，

保證其后續(xù)服役安全性。

7.7失效預(yù)測預(yù)防智能化方法

融合石油管材與裝備失效分析數(shù)字化與智能化技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展失效預(yù)測預(yù)防智能化技術(shù)，實現(xiàn)

數(shù)據(jù)驅(qū)動的石油管材與裝備失效預(yù)測預(yù)防高效信息生產(chǎn)與服務(wù)。

8失效分析機構(gòu)與人員

8.1失效分析機構(gòu)

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石油管材與裝備材料失效分析機構(gòu)應(yīng)具有國家或行業(yè)相應(yīng)機構(gòu)頒發(fā)的從事失效分析資質(zhì)。其應(yīng)在結(jié)

構(gòu)設(shè)計、材料應(yīng)用、制造工藝、理化檢測等方面具有較強的綜合技術(shù)能力，保障失效分析所需的檢測、

試驗、檢查、計算和技術(shù)分析與評定等方面的活動。其應(yīng)建立失效分析質(zhì)量體系程序化文件，對失效分

析過程進行控制。

石油管材與裝備材料失效分析機構(gòu)應(yīng)有足夠數(shù)量的失效分析人員，人員的失效分析能力范圍和職責

應(yīng)經(jīng)過確認。失效分析機構(gòu)應(yīng)建立失效分析人員的培訓、考核、參加學術(shù)交流等機制，促進失效分析人

員的技術(shù)水平的提高。

石油管材與裝備材料失效分析機構(gòu)應(yīng)配備相關(guān)檢測設(shè)備，這些設(shè)備至少能開展材料化學分析、力學

性能測試、金相分析、電子顯微分析等工作，檢驗檢測實驗室應(yīng)具有國家認證認可監(jiān)督管理委員會和合

格評定國家認可委員會的認證授權(quán)。

石油管材與裝備材料失效分析機構(gòu)應(yīng)持續(xù)開展工程失效分析工作，在過去的3年中從事石油管材與

裝備失效分析不少于9次。

以上參考其他行業(yè)標準（HB7478）規(guī)定。

8.2失效分析人員

從事石油管材與裝備材料失效分析的人員應(yīng)具石油管材與裝備材料設(shè)計、制造、檢驗、使用等專業(yè)

知識和經(jīng)驗，具備材料分析與試驗、焊接檢驗、無損檢測、力學分析與計算等專業(yè)技能。

從事石油管材與裝備材料失效分析的人員應(yīng)當熟悉失效分析方法、程序和分析結(jié)果的評定，具備對

失效分析檢查、檢測、試驗、計算結(jié)果進行專業(yè)判斷的能力。其資格應(yīng)符合下列要求：

a）失效分析工程師至少應(yīng)具有理工科本科以上學歷，從事失效分析助理工作三年以上；

b）失效分析項目負責人、監(jiān)督人員應(yīng)當具有理工科本科以上學歷，高級工程師以上技術(shù)職稱，從

事失效分析工作五年以上；

c）失效分析項目審批簽字人應(yīng)當具有理工科碩士以上學歷，高級工程師以上技術(shù)職稱，從事失效

分析工作十年以上。

以上參考其他行業(yè)標準（HB7478）規(guī)定。

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附錄A

（資料性）

石油管材與裝備材料典型失效模式分析

本附錄將石油管材與裝備材料典型失效模式按照材料斷裂、表面損傷、過量變形及螺紋接頭失效進

行歸類，實際中多種失效模式往往同時存在并交互作用，見圖A.1。

石油管材與裝備

材料失效模式低應(yīng)力脆性斷裂

過載斷裂

材料斷裂

應(yīng)力腐蝕

疲勞

腐蝕疲勞

制造及焊接缺陷裂紋

腐蝕

表面損傷機械損傷

磨損

彈性變形

過量變形

塑性變形

密封結(jié)構(gòu)失效

密封失效摩擦失效

密封件泄漏

圖A.1石油管材與裝備材料失效模式分類

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A.1材料斷裂

將石油管材與裝備材料斷裂分為低應(yīng)力脆性斷裂、過載斷裂、應(yīng)力腐蝕、疲勞及腐蝕疲勞、制造及

焊接缺陷裂紋等。

A.1.1低應(yīng)力脆性斷裂

低應(yīng)力脆性斷裂一般與構(gòu)件表面或內(nèi)部存在缺陷及不良的微觀組織有關(guān)，典型失效形貌如圖A.2~5

所示。

圖A.2油氣井管材脆性斷裂宏觀斷口形貌

圖A.3油氣井管材脆性斷裂微觀斷口形貌

14

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圖A.4法蘭螺栓脆性斷裂宏觀斷口形貌

圖A.5法蘭螺栓脆性斷裂微觀斷口形貌

A.1.2過載斷裂

由于工作應(yīng)力超過材料的抗拉強度引起的斷裂，典型失效形貌如圖A.6~9所示。

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圖A.6油氣井管材過載斷裂宏觀斷口形貌

圖A.7油氣井管材過載斷裂斷口附近金相組織

圖A.8油氣井用工具過載斷裂宏觀斷口形貌

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圖A.9油氣井用工具過載斷裂微觀斷口形貌

A.1.3疲勞斷裂

構(gòu)件疲勞斷裂是在低于抗拉強度極限的變動載荷重復(fù)作用下，發(fā)生遞增的局部永久性變化，并擴展

導(dǎo)致突然破斷的現(xiàn)象，典型失效形貌如圖A.10~14所示。

圖A.10油氣井管材疲勞斷裂宏觀斷口形貌

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圖A.11油氣井管材疲勞裂紋形貌

圖A.12油氣井管材疲勞斷裂穿晶裂紋形貌

a）失效件b）斷口

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圖A.13壓裂泵曲軸疲勞斷裂宏觀斷口形貌

圖A.14壓裂泵曲軸疲勞斷裂微觀斷口形貌

A.1.4應(yīng)力腐蝕斷裂

構(gòu)件應(yīng)力腐蝕斷裂是在一定的應(yīng)力，包括但不局限于施加的外應(yīng)力或殘余應(yīng)力等，和一定的腐蝕介

質(zhì)，包括但不局限于硫化氫、特定鹽類等，同時作用下所導(dǎo)致的斷裂，典型失效形貌如圖A.15~18所示。

圖A.15油氣井管材應(yīng)力腐蝕斷裂宏觀斷口形貌

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圖A.16油氣井管材應(yīng)力腐蝕斷裂微觀斷口形貌

a）失效件

b）斷口

圖A.17油氣集輸站場管材應(yīng)力腐蝕斷裂宏觀斷口形貌

圖A.18油氣集輸站場管材應(yīng)力腐蝕裂紋形貌

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A.1.5腐蝕疲勞斷裂

構(gòu)件腐蝕疲勞斷裂是交變載荷和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下所導(dǎo)致的斷裂，典型失效形貌如圖A.19~21

所示。

圖A.19油氣井管材腐蝕疲勞表面腐蝕及裂紋形貌

圖A.20油氣井管材腐蝕坑萌生的腐蝕疲勞裂紋形貌