基于奥氏体不锈钢的应力腐蚀研究

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1、大连理工大学硕士学位论文奥氏体不锈钢的应力腐蚀研究姓名：马毅申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：史启才20091201大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要本文通过对化工设备应力腐蚀的影响因素和开裂机理的研究与分析，提出了化工设备应力腐蚀的防护对策。研究结果对保证化工设备的安全平稳运行，提高设备使用寿命和设备运行管理水平有重要作用。吉林石化公司炼油厂制氢转化炉的对流室过热段炉管和脱甲烷塔出口管线所采用的三通管材质均为奥氏体不锈钢。在使用过程中相继发生过早开裂，严重影响生产装置的运行周期。本文对制氢转化炉对流室过热段炉管、

2、脱甲烷塔出口三通管上发现的裂纹性质与成因进行了试验研究。指出破裂属于应力腐蚀开裂，提出相应防护对策，提高了运行周期。应力腐蚀时在拉应力和腐蚀介质同时存在时发生。在中性或碱性溶液中以阳极溶解型裂纹为主；在酸性溶液中以阴极氢脆开裂裂纹为主。指出阳极溶解型裂纹的产生是在中性或碱性介质中，由于存在某些活化阴离子(如C1‘等)，它们对金属材料的表面膜具有极强的穿透、侵蚀作用，能够溶解覆盖在钢材表面的FeS保护膜，使钢材产生点蚀。点蚀形核后，形成一闭塞电池，在这个电池中，裂纹尖端为小面积、低电位的阳极，裂纹侧面及裂纹外侧为大面积、高电位

3、的阴极，使裂尖作为阳极快速溶解。在应力作用下，裂纹由此迅速扩展。指出阴极氢脆开裂型裂纹的产生是在PH值呈酸性介质中，如含有较多H2S时，FeS保护膜被溶解，材料表面处于活性溶解状态，有利于反应中产生氢原子，及氢原子向钢材内部渗透，后聚集在沿轧制方向伸长的非金属夹杂物与基体之间的界面分离处或材料本身存在的缺陷中，并形成沿材料轧制方向的微裂纹，在应力作用下，微裂纹迅速扩展。得出制氢转化炉对流室过热段炉管开裂的主要原因为：介质中存在CI-离子；焊接热规范偏大(敏化区范围较大，残余应力值较高)：采用不含Ti、Nb等稳定化元素的18．

4、8型单相奥氏体不锈钢管等。炉管裂纹集中于钉头管焊接热应响区(敏化区和残余应力较大区)，属C1-离子引起的阳极溶解型应力腐蚀裂纹。得出脱甲烷塔出口三通管破裂基本上属氢脆引起的穿晶型解理开裂，即阴极型应力腐蚀破坏。三通管冷加工成形后，较高的加工残余应力和应力集中；未经高温固溶化处理，致使18．8型亚稳定钢中30％以上的奥氏体组织转变成马氏体组织；介质为未经脱硫的甲烷，含较多H2S；材料存在缺陷等是导致脱甲烷塔出口三通管开裂的主要原因。由此改进三通管加工成形工艺，及时进行固溶化处理，提高奥氏体不锈钢的稳定性，是避免裂纹的关键技术手

5、段。此外，尚需严控介质中Cl。离子和H2S含量，降低残余应力水平。奥氏体不锈钢的应力腐蚀研究关键词：炉管；应力腐蚀开裂；奥氏体不锈钢三通；冷成形；氢脆型应力腐蚀裂纹大连理工大学专业学位硕士学位论文AbstractItisanurgencyprojectofdevelopmentalstudyingwhichismechanicalequipmentofpetrochemicalproduction，especiallythestresscorrosionofpressurevessel，seekinganeffectivem

6、ethodofprotectingequipment，extensionofuselife．Thecharacterstatementstheprotectioncountermeasuresofmechanicalequipmentsofthestresscorrosionthroughchemicalequipmentfortheeffectsofstresscorrosioncrackingmechanismandtheresearchandanalysis．Theresultsofanalysishavesomegu

7、idingsignificanceforensuringChemicalequipmentsmoothoperationofthesafety，Improvetheequipmentservicelifetime，improvethelevelofequipmentplaysanimportantroleinOperationandManagement，atthesametime，thechemicalequipmentdesign，materialselection，manufacturingandprocessing．C

8、haracterandcauseofthecrackingaccidentofausteniticstainlesssteelpipeteejointconnectedwithdeemphasizingcolumnwasstudied．Theresultsshowedthattherupt