浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施

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1、浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施　　(台州市特种设备监督检验中心，浙江台州318000) 　　摘要：文章阐述了压力容器应力腐蚀断裂产生的条件和特征，并从合理选材、设计合理的结构、合理的制造工艺等方面提出了控制压力容器应力腐蚀断裂的措施。 关键词：压力容器；应力腐蚀；残余应力 　　中图分类号：TQ050.9文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)06—0112—02 　　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。压力容器的应力腐蚀断裂(

2、StressCorrosionCracking,简称SCC)是指金属在拉应力和特定的腐蚀性介质共同作用下发生的断裂破坏。SCC所引起的破坏在事先往往没有明显的变形预兆而突然发生脆性断裂，其危害性相当大。因此，研究压力容器的应力腐蚀断裂对确保压力容器安全运行是十分必要的。 1应力腐蚀断裂产生的条件 1.1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σS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σS低于220MPa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

3、应力腐蚀的设备,材料主要是奥氏体不锈钢与碳钢。 1.2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: 　　1.2.1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。 　　1.2.2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铆接、焊接等制造过程,安装固定衬里施工也会产生残余应力。 　　1.2.3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,这种体积变化在闭塞部位可以导致很大的应力。 1.3环境因素 　　环境因

4、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，溶液的温度对应力腐蚀断裂也有影响。一般来说，温度升高，易发生应力腐蚀断裂。但温度过高，由于全面腐蚀的进行，却抑制了应力腐蚀断裂。此外，对某些体系来说，存在一个临界断裂温度，即在此温度下应力腐蚀断裂最敏感。下面介绍一下碳钢和低合金钢焊制容器在NaOH、湿H2S的应力腐蚀环境。 　　1.3.1NaOH溶液。碳钢及低合金钢焊制化工容器如焊后或冷加工后，不进行消除应力热处理，则在NaOH溶液中的使用温度不得大于表1所列的温度。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积≥

5、5%时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该表要求。NaOH溶液浓度≤１%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积＜5%时，不受限制。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　1.3.2湿H2S应力腐蚀环境。当化工容器接触的介质同时符合下列各项条件时，即湿Ｈ2Ｓ应力腐蚀环境： 　　①温度≤(60+2Ｐ)℃；P为压力，ＭＰa(表压)；②H2S分压≥0.00035ＭＰa即相当于常温在水中的Ｈ2Ｓ溶解度≥10-5；③介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；④pＨ＜９或有氰化物(ＨＣＮ)存在。 2应力腐蚀断裂的特征 　　金属在无裂纹、无

6、蚀坑或缺陷的情况下，应力腐蚀断裂过程可分为3个阶段，首先是萌生阶段，即由于腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段；其次为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑到达极限应力值(单位面积所能承受最大载荷)为止的这一阶段；最后是失稳断裂阶段。前一阶段受应力影响很小，时间长，约占断裂总时间的90%，后两阶段时间短，为总断裂时间的10%。在有裂纹的情况下，应力腐蚀断裂过程只有裂纹扩展和失稳断裂阶段。可见，应力腐蚀断裂可能在很短时间内发生，但也可能几年后才发生。 　　腐蚀区裂纹一般呈树枝状，主干方向与拉应力方向垂直。对于某些材料如奥氏体不锈钢裂纹及断口的形态与应力大小有密切关系，当应力较小时，其裂纹为一条直裂纹，

7、应力中等时裂纹呈分枝形裂纹；应力较大时裂纹呈网络状裂纹。因此，可以根据裂纹形状对压力容器所受应力情况作初步判断。裂纹断口一般脆性断裂的特征，没有宏观的塑性变形的痕迹。 　　从微观上观察，应力腐蚀裂纹形态有沿晶形、穿晶型和混合型。不同的金属——环境体系，将出现不同的裂纹状态。例如，镍基合金、铝合金和高强度钢多是沿晶型的，奥氏体不锈钢多是穿晶型的，而钛合金为混合型的。但是即使同种合金，随着环境、应力大小的改变，裂纹形态也会随之改变。 3控制压力容器应力腐