压力容器应力腐蚀破裂和设计措施探究

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1、压力容器应力腐蚀破裂和设计措施探究【摘要】在压力容器灾难性事故中，因应力腐蚀断裂而引起的事故所占比例很高，且其危害性较大。因此，对其加以研究并分析其设计措施显得尤为重要。本文首先论述了压力容器应力腐蚀破裂的特征，进而分析了压力容器常用材料的应力腐蚀破裂，最后提出了压力容器抗应力腐蚀破裂的设计措施，以期能起到防止压力容器应力腐蚀破裂的作用。【关键词】压力容器；应力腐蚀破裂；设计0.前言应力腐蚀破裂指的是金属受到腐蚀介质以及静拉伸应力的双重作用下（并有一定的温度条件）形成的一种特殊断裂方式。应力腐蚀现象较为复杂，当

2、应力不存在时，腐蚀甚微；当有应力后，金属会在腐蚀并不严重的情况下发生破裂,由于破裂是脆性的，没有明显预兆，容易造成灾难性事故。据统计，因应力腐蚀破裂导致的灾害事故占了腐蚀事故的35%o如此高的破坏率不得不引起我们的重视。因此，对压力容器的应力腐蚀破裂与设计措施进行探究，对防止压力容器破坏事故的发生具有重要意义。1.压力容器应力腐蚀破裂的特征由于应力腐蚀破裂是在腐蚀介质和拉伸应力的双重作用下才会发生断裂，因此，其特征须包含以下几个方面：(1)必须存在拉伸应力。拉伸应力，可以是压力容器在制作加工过程中的残余应力，也

3、可以是由负载、振动、操作等引起的外加应力或热应力。(2)必存在腐蚀介质，且只有某些金属与特定介质组合才会发生应力腐蚀破裂。较容易发生应力腐蚀破裂的金属材料与环境介质的组合见下表lo(3)应力腐蚀多发生于裂纹的尖端，而金属的其他侵渍面上的腐蚀破裂速度要慢很多。(4)断裂速度约在(10-3〜10-1)cm/h数量级范围内。断口一般为脆断型，断口平整。1.压力容器常用材料的应力腐蚀破裂由于压力容器制造时常选用低碳钢和低合金钢作为钢材，因此在此仅分析其在三种介质环境下的的应力腐蚀破裂。2.1碱液环境下的应力腐蚀破裂在该

4、介质环境下，由于碱液的浓度和碱脆的敏感性成正比，且金属的碳含量过高，使得金属断裂的敏感度增加，碱脆的敏感度也增加，加上拉伸应力的作用，使得低碳钢和低合金钢呈现出阳极溶解型应力腐蚀破裂。一般，在碱液环境下，低碳钢和低合金钢的断裂裂纹呈现树枝状，裂纹的宽度可达到1-2mm,其断裂电位在-700mV左右。2.2液氨环境下的应力腐蚀破裂在该介质环境下，如果NH3、02和N2三者必须同时存在，才会产生破裂现象。在含氧的液氨介质中，如果氧气含量足够多，且液氨中含水量大于0.2%时，这样碳钢的表面会吸附氧而形成一层氧膜，从而

5、对应力腐蚀破裂产生一定的抑制作用。但如果介质中氧的含量为0.9-9卩g/g时，且介质中还含有N2,加上拉伸应力的作用，则就会使金属应力腐蚀破裂的敏感度增加，从而使低碳钢和低合金钢呈现出阳极溶解型应力腐蚀破裂。另外，材料中合金元素Ni对应力腐蚀破裂敏感性的影响较大，材料强度、硬度越高，其发生应力腐蚀破裂的敏感性就越大。据国外资料统计来看，35-50kgf/mm2(343-490N/mm2)的钢材，应力腐蚀破裂率为92.8%o2.3硫化氢环境下的应力腐蚀破裂在该介质环境下，在介质的pH值比较低的时候(pH9时,就很

6、少会产生应力腐蚀断裂了；当溶液温度达到2(TC时应力腐蚀破裂的敏感度最大；应力腐蚀破裂的敏感度会随金属材料强度的增加而增加。3.压力容器抗应力腐蚀破裂的设计措施2.1在氢氧化纳应力腐蚀环境中的设计(1)选择材料时，应综合考虑强度、塑性、碱脆敏感性三个方面的因素来选择碳钢材料。一般，可选择含碳量约为0.2%的镇静钢，如20R钢等。(2)由于导致应力腐蚀破裂的应力多为制作加工过程的残余应力，因此，为减少焊后应力影响，应进行焊后消除应力热处理，以消除配焊接过程中的残余应力，从而最大限度地减小焊接过程中的错边、棱角度及

7、缝隙泄漏等。(2)在某些环境介质下可加入缓蚀剂，如NaP04、NaN03等。2.2在液氨应力腐蚀环境中的设计(1)选择材料时，应优先选用os