奥氏体不锈钢设备水压试验安全性的研究.

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1、上海市质量技术监督局科技项目立项申请书项目名称奥氏体不锈钢设备水压试验安全性的研究申请单位上海市特种设备监督检验技术研究院（盖章）项目负责人罗晓明联系电话2010年3月21日填报说明一、《上海市质量技术监督局科技项目立项申请书》各项内容要实事求是，逐条认真填写。表达明确、严谨。二、科技项目立项申请书原件一份，由项目提出部门填写并经项目提出单位科技管理部门签署意见后，报送上海市质量技术监督局科技管理部门。未盖公章者，不予受理。三、填写说明：1、目的意义：应描述项目的重用性及作用。2、项目完成的基本条件和基础：应体现承担项

2、目的能力，描述本单位及项目组在拟研究项目方面具有的基本条件和优势，如人员技术水平、研究经历、科研环境等。3、局相关业务部门审查意见：凡属于行政监管需要的项目，由局相关业务部门提出审核意见。一.目的意义和国内外技术水平现状奥氏体不锈钢除了具有良好的力学性能和工艺性能外，还具有良好的耐均匀腐蚀性能，因此被广泛地用于制造各类具有防腐蚀要求的设备。然而，“耐腐蚀”性是相对的，其“耐腐蚀”性是指在一定的外界条件和一定的腐蚀介质中，具有高的化学稳定性的特性。但此类不锈钢在某些介质情况下使用，会产生晶间腐蚀、孔蚀和应力腐蚀等局部腐蚀

3、，特别是在含氯离子的介质中[1,2]。化工生产中的腐蚀损失巨大，而其中的应力腐蚀和孔蚀更是占到了2/3以上[3]，但它在一定程度上是可以被控制的，因为有研究显示当氯离子浓度达到一定的临界值时，不锈钢才发生应力腐蚀，但是不同温度下的临界值一直没有一致的结论[4-6]，吕国诚等[7]研究发现304不锈钢在60℃中性溶液中发生应力腐蚀的临界Cl-浓度约为90mg/L。早在2006年就有调查显示，如果充分利用防腐技术和知识，腐蚀损失至少可减少1/4[8]。一、奥氏体不锈钢的含氯腐蚀金属之所以具有抗腐蚀性，是因为金属经氧化性介质

4、或电化学方法处理而发生了钝化。其钝化机理主要可用薄膜理论来解释，即认为钝化是由于金属与氧化性介质作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能牢固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解。奥氏体不锈钢经氧化性介质处理后其表面能形成满足上述要求的钝化膜，但该钝化膜在起活化作用的Cl-、Br-、F-等卤素离子作用下，极易受到破坏[9,10]。这也是为什么虽经酸洗钝化处理的奥氏体不锈钢压力容器在

5、Cl-含量达到一定值后仍发生应力腐蚀、孔蚀等局部腐蚀的原因。所谓应力腐蚀,就是在拉伸应力和腐蚀介质的联合作用下而引起的低应力脆性断裂。拉伸应力来源包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等，奥氏体不锈钢的主要腐蚀介质有含Cl-溶液、H2S溶液等。目前比较公认的电化学溶解理论认为的应力腐蚀破裂模型如图1所示。在含Cl-溶液中，金属钝化膜受到破坏，破坏的地方相对完整的地方成为阳极，阳极中的金属优先溶解，破坏处的小阳极和完整的大阴极形成腐蚀电池，由于活性Cl-进入形成的闭塞电池

6、裂纹内部，使浓缩的电解质水溶液水解而被酸化，促使尖端的阳极快速溶解，在应力作用下使裂纹不断扩展。其中在压力容器的腐蚀失效中,应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。研究表明,应力腐蚀裂纹的产生主要与氯离子的浓度和温度有关[11,12]。小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。其腐蚀过程如图2示意。具有自钝化特性的金属在含有氯离子的介质中,经常发生孔蚀。其原因是由于氯离子能在某些活性点上优于氧原子吸附在金属表面,然后和氧化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。在外

7、加阳极极化条件下,只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。形成蚀孔后，孔内金属表面处于活态，蚀孔外的金属表面处于钝态，于是孔内外形成一个微电池。孔内阳极金属溶解，Cl-不断迁入，而且因为面积小，阳极电流密度很大，蚀孔迅速加深，直到把金属断面蚀穿。孔外金属表面受到阴极保护继续保持钝态[11]。由此可见，氯离子的存在严重破坏了奥氏体不锈钢的抗腐蚀性。所以我国标准规定奥氏体不锈钢设备进行水压试验控制水的Cl-含量不超过25mg/L。二、水压试验用水现状由于化工容器是安全性要求较高的特种设备，而且除材料本身的缺陷

8、外，容器在制造（特别是焊接过程）和使用中会产生各种缺陷，在制造过程中虽经多方面严格检查(如原材料检验验收、形状尺寸检查、焊接接头力学性能检验以及无损检测等)并达到合格要求，但仍需在容器制造完工后采用短时超压的办法，全面综合考核其整体强度。若有隐患，则希望在压力试验过程中充分暴露以便返修甚至报废，以避免在使用过程中发生事故，造成更大