浅谈压力容器应力腐蚀及断裂控制

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1、浅谈压力容器应力腐蚀及断裂控制摘要：压力容器主要应用于石油化工行业，由于其盛装着易燃、易爆、有毒或腐蚀性介质，并且长期承受高温高压作用，是危险性较高的特种设备，在生产和使用中的失效形式比较复杂，易发生事故。应力腐蚀是压力容器腐蚀破坏的重要形式，尤其是这种断裂失效呈脆性断裂的特点，易导致灾难性后果。关键词：压力容器；应力腐蚀；预防措施Abstract：Thepressurevesselsaremainlyusedinpetrochemicalindustry,becausetheycontaintheflammable,explosive,t

2、oxicorcorrosivemedium,andtheyarebaredthelongtermhightemperatureandhighpressure,theyarethehigherriskandspecialequipments,intheproductionanduse,thefailureformiscomplex,andit，seasytooccurredaccident・Thestresscorrosionistheimportantfomiofpressurevesselcorrosionfailure,especial

3、lythefailureisbrittlefracturecharacteristics,iteasilyleadtothedisastrousconsequences・Keywords：pressurevessel；stresscorrosion；preventivemeasures中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2012)1应力腐蚀概述应力腐蚀是金属材料在腐蚀性介质和拉伸应力的共同作用下发生的一种破坏形式。金属发生应力腐蚀时，腐蚀和应力这两个因素相互促进的，一方面腐蚀使金属的有效截面积减小和表面上形成缺口

4、，产生应力集中，如果是晶间腐蚀,则会使金属晶粒之间的结合力降低；另一方面，应力加速了腐蚀的进展，使表面缺口向更深处(或沿晶间)扩展，最终导致断裂。在应力腐蚀中，如果应力是交变的拉伸应力，这种腐蚀叫做疲劳腐蚀。在疲劳腐蚀过程中，首先也是在表面形成腐蚀缺口引起应力集中，成为疲劳裂纹的策源点。在交变拉伸应力的作用下，被破坏的保护膜无法再恢复，沉积在腐蚀坑底部的始终是处在活性状态且构成腐蚀电池的阳极。这样在腐蚀与交变应力的共同作用下，裂纹不断扩散直至金属材料最后断裂。压力容器的腐蚀破裂都是应力腐蚀，因为压力容器一般都承受较大的拉伸应力，而它的结构也

5、常常难以避免地有程度不同的应力集中处，如设备的开孔、焊缝等，且容器的工作介质又常常是带腐蚀性的。2应力腐蚀破裂的机理2.1阳极溶解机理在应力的协助或协同作用下，加速金属内活性区的溶解而导致断裂的机理，统称为阳极溶解机理。它包括膜破裂理论、活性通道理论、快速溶解理论、闭塞电池理论和钝化膜致裂理论等。2.2氢致开裂机理氢致开裂机理认为，由于裂纹中酸度提髙，电位的降低,有利于H+离子还原的阴极过程，析出的氢部分被金属吸收并向内部扩散，因而引起了氢致开裂，这种机理取决于氢能否进入金属及金属是否有高度氢致开裂敏感性。2.3阳极溶解型和氢致开裂型机理的

6、判定如果应力腐蚀的阴极反应是放氢的，而氢富集后控制了裂纹的形核和扩展，则属于氢致开裂型；如果阴极反应是吸氧，或者虽然是放氢反应，但进入金属的氢低于氢致开裂的临界值，这种应力腐蚀开裂称为阳极溶解型。由于这两类应力腐蚀机理不同，对每一类应力腐蚀体系，首先要确定它是阳极溶解型还是氢致开裂型，才能进一步提出控制措施。3应力腐蚀断裂产生的条3.1特定的材料化学成份与组织研究表明：钢材强度越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向也越大。综合国内外许多调查资料，屈服强度PS高于320MPa的钢材焊制的液氨储罐，几乎都发现有应力腐蚀裂纹，而屈服强度PS低于220MPa

7、的低碳钢储罐，只有比例很小的几台存在少量的应力腐蚀裂纹，而且产生应力腐蚀的设备，材料主要是奥氏体不锈钢与碳钢。2.2拉伸应力只有当拉伸应力超过临界应力时压力容器才会发生应力腐蚀断裂。压力容器中的拉伸应力有3个来源：2.2.1外应力。在一定压力下操作产生的应力，内外温度差、反复加热和冷却所引起的操作应力等。3.2.2残余应力。压力容器的残余应力来源很广主要来自深拉、冲孔、管板内胀管配合不当的钾接、焊接等制造过程，安装固定衬里施工也会产生残余应力。3.2.3腐蚀产物及腐蚀过程。阳极溶解所形成的各种产物的体积，一般都大于被腐蚀掉的金属体积，这种体

8、积变化在闭塞部位可以导致很大的应力。3.3环境因素环境因素，尤其是腐蚀介质，对产生应力腐蚀断裂十分重要，只有特定的材料在拉伸应力和一定环境的组合情况下,才能发生应力腐蚀断裂。另外