金属设备的应力腐蚀及预防措施
金属的应力腐蚀和氢脆断裂

第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂§6.1应力腐蚀一、应力腐蚀及其产生条件1、定义与特点(1)定义(2)特点特定介质(表6-1)低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆不锈钢——氯脆铜合金——氨脆2、产生条件应力:外应力、残余应力;化学介质:一定材料对应一定的化学介质;金属材料:化学成分、显微组织、强化程度等。
二、应力腐蚀1、机理(图6-1)滑移——溶解理论(钝化膜破坏理论)a)应力作用下,滑移台阶露头且钝化膜破裂(在表面或裂纹面);b)电化学腐蚀(有钝化膜的金属为阴极,新鲜金属为阳极);c)应力集中,使阳极电极电位降低,加大腐蚀;d)若应力集中始终存在,则微电池反应不断进行,钝化膜不能恢复。
则裂纹逐步向纵深扩展。
(该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀)2、断口特征宏观:有亚稳扩展区,最后瞬断区(与疲劳裂纹相似);断口呈黑色或灰色。
微观:显微裂纹呈枯树枝状;腐蚀坑;沿晶断裂和穿晶断裂。
(见图6-2,和p2)三、力学性能指标1、临界应力场强度因子K ISCC恒定载荷,特定介质,测K I~t f曲线。
将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子,称为应力腐蚀临界应力场强度因子。
2、裂纹扩展速度da/dtK I>K ISCC,裂纹扩展,速率da/dtDa/dt~ K I|曲线上的三个阶段(初始、稳定、失稳)由(图6-7,P152)可以估算机件的剩余寿命。
四、防止应力腐蚀的措施1、合理选材;2、减少拉应力;3、改善化学介质;4、采用电化学保护,使金属远离电化学腐蚀区域。
§6-2 氢脆由于氢和应力的共同作用,而导致金属材料产生脆性断裂的现象,称为氢脆断裂(简称氢脆)一、氢在金属中存在的形式内含的(冶炼和加工中带入的氢);外来的(工作中,吸H)。
间隙原子状,固溶在金属中;分子状,气泡中;化学物(氢化物)。
二、氢脆类型及其特征1、氢蚀(或称气蚀)高压气泡(对H,CH4)宏观断口:呈氧化色,颗粒状(沿晶);微观断口:晶界明显加宽,沿晶断裂。
第七章 工业腐蚀和预防措施 第三节 应力腐蚀裂纹

第三节应力腐蚀裂纹一、应力腐蚀概述金属或合金在应力,特别是拉伸应力的作用下,又处在特定的腐蚀环境中,材料虽然在外观上没有多大变化,如未产生全面腐蚀或明显变形,但却产生了裂纹。
这种现象称作应力腐蚀裂纹。
因此,在全面腐蚀较严重的情形下,不易产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀外观无变化,裂纹发展迅速且预测困难,因而更具危险性。
应力腐蚀裂纹是应力和腐蚀环境相结合造成的。
所以,只要消除应力和腐蚀环境两者中的任何一个因素,便可以防止裂纹的产生。
实际上既无法完全消除装置在制造时的残余应力,又无法使装置完全摆脱腐蚀性环境。
采用上述方法防止应力腐蚀几乎是不可能的。
因此,一般是通过改变材料的方法解决这个问题。
此外,焊缝部位由于热应变作用会产生很大的残余应力,而加热冷却的热循环过程,也会使材质发生变化。
所以对于焊缝部分要比对于焊接本体更加注意,认真查看是否发生了应力腐蚀裂纹。
由于金属材料和腐蚀环境结合的情况有所不同,应力腐蚀裂纹也各不相同。
根据材料的微观组织,可以鉴别裂纹的特征。
有的是沿晶粒边缘产生的裂纹,有的是伸展到晶粒内部而又有显著分枝的裂纹,有的则是与晶粒边缘、晶粒内部无关的裂纹。
广义的应力腐蚀裂纹有时又区分为狭义的应力腐蚀裂纹和氢脆裂纹。
应力腐蚀裂纹和氢脆裂纹虽然同属广义的应力腐蚀裂纹,但两者之间实质上有很大区别。
应力腐蚀裂纹指的是,金属材料在特定的腐蚀环境中,受到应力作用,沿着金属内微观径路在有限范围内发生腐蚀而出现裂纹的现象。
而氢脆裂纹指的则是,金属材料受到应力作用,由于腐蚀反应产物氢被金属吸收,产生氢蚀脆化,出现裂纹的现象。
应力腐蚀裂纹和氢脆裂纹,两者可以用腐蚀环境和应力再现的方法或电化学方法进行鉴别。
近些年来,又开发出了音响鉴别方法。
这种方法是考虑到氢脆裂纹是机械性破坏,所以产生裂纹时会发生音响。
而应力腐蚀裂纹是金属溶解造成的破坏,不会发生音响。
在实际装置中,应力腐蚀裂纹非常复杂,在大多数情况下对两者不加区别,一律看做广义的应力腐蚀裂纹。
金属材料抗应力腐蚀性能分析及预防措施

金属材料抗应力腐蚀性能分析及预防措施摘要:在工业中,金属材料的应力腐蚀是个常见的问题。
本文通过深入分析金属材料应力腐蚀出现的原因及其特点,并提出了预防应力腐蚀的措施,比如合理选材,结构优化设计,工艺优化,缓腐蚀药剂来改变工作环境环境等,对金属材料防应力腐蚀有一定的积极作用。
关键词:金属材料焊接,应力腐蚀,预防措施一、金属材料应力腐蚀性产生的原因以及特点金属材料表面容易发生腐蚀开裂现象,这种腐蚀开裂是当金属材料暴露于在具有腐蚀性的环境中,且材料表面拉应力过大造成的。
产生金属材料表面应力腐蚀开裂特点,首先应力是产生腐蚀开裂首要条件,造成金属材料应力腐蚀开裂,必须要存在应力,尤其是存在拉应力。
那么这个应力又是如何产生的呢?金属材料表面产生的应力是由成型过程产生的。
比如,在焊接成型过程中,由于焊接热应力及焊接工装夹具夹紧力,致使部分残余应力不均匀的产生在零部件上,类似的有铸造应力,锻造应力,热处理应力等等,这些不均匀的应力就是金属材料表面脆弱的部位。
另外,金属材料大多应用在日常生活环境中,在这些环境中有大量腐蚀性物质,通过空气流通附着在金属材料的接口处和其他应力集中部位,嵌入到了金属材料中,腐蚀性物质在金属材料中堆积扩张,从而造成了扩张应力,进而引发了应力腐蚀裂纹。
第二,金属材料应力腐蚀性裂纹断裂,与时间成正比例关系,这种失效现象并不是出现应力后就立即产生的,而是随着时间的不断推移,逐渐产生扩大的一种腐蚀断裂问题,而这一点与氢致滞后开裂有非常大的相似性。
最后,造成金属腐蚀性断裂现象的应力一般都是低应力产生的,由于金属所处的环境具有一定的腐蚀性,这使得金属材料表面腐蚀部位整体变脆,在低应力出现的时候,就产生金属材料腐蚀性开裂现象。
在石油化工产业中,应力腐蚀性开裂是最常见的问题,也是主要造成石油化工产业中设备运行故障甚至出现失效现象的重要原因,金属材料应力腐蚀性裂缝,给石油化工企业正常施工造成了困扰,但是由于金属材料应力腐蚀性开裂的产生是无法预测的,所以这个问题也就成为石油化工产业中最大的安全隐患,他对石油化工产业的发展造成了极大的负面影响。
金属腐蚀与防护

金属腐蚀的定义及分类:腐蚀的定义: 狭义:腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏现象。
广义:任何材料(金属或非金属材料)受到周围环境因素(如湿气、水、化工大气、电解液、有机溶剂、酸、碱等)的作用引起破坏或变质的现象,统称为“腐蚀”。
条件:1、材料本身2、接触3、特定条件(环境)金属腐蚀:是指金属与周围环境(介质)发生化学反应、电化学反应或物理溶解作用而导致金属损坏。
(金属及其合金的腐蚀主要是化学和电化学作用引起的破坏,有时伴随有机械、物理或生物作用。
不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴)金属受腐蚀的原因:从热力学的观点看,是因为金属处于不稳定状态,它有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾向。
金属发生腐蚀的特点:1、破坏总是从金属表面逐渐向内部深入2、金属在发生腐蚀过程时,一般也同时发生外貌变化3、金属的机械性能,组织结构发生变化4、金属还没有腐蚀到严重的程度,已足以造成设备事故或损坏按腐蚀形态分类:全面腐蚀局部腐蚀全面腐蚀:全面腐蚀是指腐蚀发生在整个金属表面,但各点的腐蚀速率不一定相同。
如果各处的腐蚀速率相同,则为均匀腐蚀,否则就为不均匀腐蚀。
碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀属于全面腐蚀。
局部腐蚀:腐蚀主要集中在金属表面某一区域,而表面的其他部分几乎未被破坏。
(1) 点蚀(2) 电偶腐蚀(3) 脱层腐蚀(4) 晶间腐蚀(5) 选择性腐蚀(6) 磨损腐蚀(7) 应力腐蚀开裂(8) 腐蚀疲劳(9) 氢腐蚀(10) 缝隙腐蚀点蚀:一种高度局部的腐蚀形态。
(也叫孔蚀)通常其腐蚀深度大于其孔径,严重时可使金属穿孔。
(如:不锈钢在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。
)电偶腐蚀:两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀。
发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。
(如:不锈钢和碳钢的连接处,碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。
)磨损腐蚀:①冲击腐蚀②空泡腐蚀③摩振腐蚀冲击腐蚀:是磨损腐蚀的主要形态。
防止应力腐蚀开裂的措施

防止应力腐蚀开裂的措施应力腐蚀开裂是一种常见的金属材料失效形式,特别是在高温、高压、强腐蚀和高应力等环境下,更容易发生。
为了防止应力腐蚀开裂,需要采取以下措施:1.合理设计和选择材料合理的设计和选择材料可以减少应力集中和应变集中,从而降低应力水平。
同时,在选择材料时要考虑其抗应力腐蚀开裂能力,例如选用具有较高耐腐蚀性能的材料。
2.控制加工工艺加工工艺对于金属材料的性能有着重要影响。
在加工过程中要注意避免过度加工造成残余应力,同时也要避免过度冷却造成冷裂纹。
3.控制环境条件环境条件是影响金属材料耐久性的重要因素之一。
在使用过程中需要控制环境条件,避免暴露在强酸、强碱、高温、高压等恶劣环境下。
4.采用适当的防护措施采用适当的防护措施可以减少金属材料的暴露程度,从而降低应力腐蚀开裂的风险。
例如,在使用过程中可以采用防腐涂层、防腐包覆等措施。
5.加强检测和维护定期对金属材料进行检测和维护,及时发现和处理潜在的问题,可以有效地延长金属材料的使用寿命。
在检测过程中需要注意选择合适的检测方法,如超声波检测、X射线检测等。
6.加强管理和培训加强管理和培训可以提高工作人员对于应力腐蚀开裂的认识和预防意识。
同时也需要制定相应的安全规范和操作规程,确保工作人员按照规定操作。
7.加强科学研究加强科学研究可以为防止应力腐蚀开裂提供更为科学的理论支撑。
通过深入研究其机理和影响因素,探索有效的预防措施和治理方法。
以上是针对防止应力腐蚀开裂所需要采取的全面详细的措施。
通过合理设计和选择材料、控制加工工艺、控制环境条件、采用适当的防护措施、加强检测和维护、加强管理和培训以及加强科学研究等方面进行综合治理,可以有效地降低应力腐蚀开裂的风险,延长金属材料的使用寿命。
浅谈化工设备腐蚀与防护

浅谈化工设备腐蚀与防护化工设备腐蚀与防护一直是化工行业关注的重要问题,腐蚀不仅会影响设备的使用寿命和性能,还可能对生产安全造成严重影响。
了解腐蚀的原因和防护措施对于化工生产来说至关重要。
本文将就化工设备腐蚀的原因、常见的腐蚀类型、以及防腐保护措施进行一些浅谈。
一、化工设备腐蚀的原因1. 化学物质腐蚀:化工生产中会接触各种酸、碱、盐等化学物质,这些物质具有腐蚀性,直接导致设备材料的腐蚀。
2. 电化学腐蚀:金属设备在化工生产过程中会受到电化学腐蚀的影响,例如金属在电解液中发生腐蚀。
3. 热力腐蚀:高温和高压环境下,金属材料容易发生热力腐蚀,导致设备材料疲劳失效。
4. 机械腐蚀:设备在运行时由于摩擦、冲击等机械作用而引起的腐蚀。
5. 微生物腐蚀:在特定条件下,微生物也会对设备材料进行腐蚀,这种腐蚀往往发生在潮湿、缺氧或有机物富集的环境中。
1. 金属腐蚀:金属设备在化工生产中最为常见的腐蚀类型,包括均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。
2. 混凝土腐蚀:在一些化工生产场所,混凝土设备也会受到酸碱盐等化学物质的腐蚀影响,导致混凝土的破坏。
3. 非金属材料腐蚀:在一些特定的生产环境中,非金属材料也可能会受到腐蚀的影响,例如塑料、橡胶等材料。
1. 材料选择:选择具有良好耐腐蚀性能的材料作为化工设备的构造材料,例如不锈钢、镍合金、塑料等。
2. 表面处理:对设备表面进行特殊处理,如喷涂耐蚀涂层、阳极保护等,能够有效延长设备的使用寿命。
3. 设计防腐:在设备设计阶段就考虑防腐措施,如避免死角积存、增加防腐层厚度、合理布置防腐装置等。
4. 监测与维护:定期对化工设备进行腐蚀监测,及时发现问题并进行维修保养,是防护腐蚀的重要措施。
5. 管道防腐:对化工管道进行定期清洗、内衬耐腐蚀材料、加装防护设施等,是防止管道腐蚀的关键。
在化工生产中,腐蚀与防护问题始终是一个需要重点关注的话题。
加强对腐蚀原因及类型的研究,提高化工设备的抗腐蚀能力,不仅能够延长设备的使用寿命,还能够保障生产的安全与稳定。
设备腐蚀与防护

5、应力腐蚀裂纹形貌特征
• 分叉、树根状
• 泥状花样、二次裂纹、扇形花样、准解理(或沿晶) 等
d、从热力学观点来看,绝大多数金属在自然界中以化合 物状态(稳定状态)存在。为了获得纯金属,人们需 要消耗大量的能量从矿物中去提炼(这就是冶金过 程),因此,大多数金属(处于不稳定状态)都具有 自发地与周围介质发生作用又转化为氧化物状态(化 合物)的倾向,即回复到它的自燃存在状态(矿石):
金属 腐蚀过程 矿物(化合物状态) 冶金过程
• 根据断口特征可以准确的把应力腐蚀与腐蚀疲劳区 别开来
• 并多呈锯齿状和台阶状;微观上裂纹一般没有分支 且裂纹尖端较钝
9)磨损腐蚀 • 流动的腐蚀介质对金属表面即发生腐蚀作用, 又存在机械冲刷的条件下导致的金属破坏。 • 主要原因是钝化膜的破损 • 高速、湍流、气泡及固体粒子加速磨损腐蚀
10)硫酸露点腐蚀
腐蚀; 2)各种缺陷:设计不当、机械和电弧损伤、
热处理不当形成的表面裂纹、焊接缺陷(咬边、 未熔合、未焊透、缺肉等)
统计结果表明,应力腐蚀开裂事件中80% 是残余应力造成的,工作载荷造成的仅占20%。 工作载荷造成应力腐蚀开裂往往和设计不当有 关。
3、关于介质与环境因素的描述 • 介质浓度的影响(对奥氏体不锈钢) • 介质来源(污染、残留) • 平均浓度与局部浓缩 • 介质状态(气液交替) • 结构因素(死角、缝隙)
学反应,生成甲烷(CH4),同时使钢的的局部发生 脱
碳现象。随着甲烷气体在微观缺陷部位(主要是晶界
处)的聚集,导致内压升高并引发裂纹的产生。
•化学反应式: Fe3C + 4H = 3Fe + CH4 •氢腐蚀的判定:奈耳逊曲线(1997年版) •发生的条件:温度、氢分压 •微观特征:表面——脱碳现象 •内部——局部脱碳现象、晶界裂纹 •典型装置——合成氨装置中的氨合成塔
腐蚀事例分析及防护方法

腐蚀实例分析及防护方法(应力腐蚀实例)【1】北方一条公路下蒸气冷凝回流管原用碳钢制造,由于冷凝液的腐蚀发生破坏,便用304型不锈钢(0Cr18Ni9)管更换。
使用不到两年出现泄漏,检查管道外表面发生穿晶型应力腐蚀破裂。
分析:北方冬季在公路上撒盐作为防冻剂,盐渗入土壤使公路两侧的土壤中的氯化钠的含量大大增加,奥氏体不锈钢在这种含有很多氯化物的潮湿土壤中,为奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境,从而发生应力腐蚀。
防护措施:1、把奥氏体不锈钢管换成碳钢管【2】某化工厂生产氯化钾的车间,一台SS-800型三足式离心机转鼓突然发生断裂,转鼓材质为1Cr18Ni9Ti。
经鉴定为应力腐蚀破裂。
分析:氯化钾溶液经过离心转鼓过滤后,氯化钾浓度升高。
然而离心转鼓的材质为(1Cr18Ni9Ti)奥氏体不锈钢。
而氯离子的含量远远超过发生应力腐蚀的临界氯离子浓度,为奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境。
所以转鼓会发生应力腐蚀从而发生断裂。
防护措施:1、更换转鼓的材质定期清洗表面的氯化物【3】 CO2压缩机一段、二段和三段中间冷却器为304L(00Cr19Ni10)型不锈钢制造。
投产一年多相继发生泄漏。
经检查,裂纹主要发生在高温端水侧管子与管板结合部位。
所用冷却水含氯化物0.002%~0.004%。
分析:管与管板连接形成的缝隙区。
由于闭塞条件使物质迁移困难,容易形成盐垢,造成氯离子浓度增高。
高温端冷却水强烈汽化,在缝隙区形成水垢使氯化物浓缩。
防护措施:1、改进管与管板的联接结构,消除缝隙。
2、立式换热器的结构改进,提高壳程水位,使管束完全被水浸没。
3、管板采用不锈钢—碳钢复合板,以碳钢为牺牲阳极【4】一高压釜用18-8不锈钢制造,釜外用碳钢夹套通水冷却。
冷却水为优质自来水,含氯化物量很低。
高压釜进行间歇操作,每次使用后,将夹套中的水排放掉。
仅操作了几次,高压釜体外表面上形成大量裂纹。
分析:操作时高压釜外表面被冷却水浸没,停运时夹套中的水被放掉。
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金属/设备的应力腐蚀及预防措施一、应力腐蚀的机理和特点1.应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同时作用下产生脆性破裂,叫应力腐蚀破裂。
2.应力腐蚀破裂的裂缝形态----主要有二种:a.沿晶界发展,称晶间破裂。
b.裂缝穿过晶粒,称穿晶破裂。
也有混合型,主逢为晶间型,支缝或尖端为穿晶型。
3.应力腐蚀的特征----a.必须存在拉应力(外加载核、热应力、冷/热加工或焊接后的残余应力等),若存在压应力则可抑制这种腐蚀。
b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。
也就是说一般只发生在一定的体系,如奥氏体不锈钢/CI-体系,碳钢/NO-3体系,铜合金/NH+4体系等。
根据介质主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐、氨、含氧水及硫化物等,而分别称为氯裂(氯脆)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)、氨裂(氨脆)、氧裂(氧脆),还有硫化物应力开裂等。
c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同,它在极低的负荷应力下也能产生开裂。
d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起的开裂也不同,腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。
其全面腐蚀常常很轻,而且没有变形预兆,即发生突然断裂,应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。
4.应力腐蚀的机理----应力腐蚀的机理很复杂,按照左景伊提出的理论,破裂的发生和发展可区分为三个阶段:a.金属表面生成钝化膜或保护膜。
b. 钝化膜或保护膜局部破裂,产生孔蚀或裂缝源。
c.裂缝内发生加速腐蚀,在拉应力作用下,以垂直于应力的方向深入金属内部。
裂缝多半有分枝,裂缝端部尖锐,端部的扩张速度很快,断口具有脆性断裂的特征。
二、应力腐蚀试验方法根据应力的加载方法不同,应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类:1.恒变形法----给予试样一定的变形,对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定2.恒载荷法(SSCC)----方法有拉伸试验、弯梁试验、C形环试验、双悬臂梁试验,常用拉伸试验,即把单轴拉伸型的试样进行H2S水溶液应力腐蚀试验,试验介质为%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液,试验在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行。
试验时按不同的应力级别(取材料屈服强度的百分比)分别对试样加载,经过一定时间后发生应力腐蚀开裂,记录其断裂时间。
最长试验周期为720小时,把试样在720小时不发生断裂视为合格。
通过试验达到二个目的:(1)检测材料在一定的应力级别下是否很好地抵抗应力腐蚀开裂;(2)可以测定材料的“临界拉伸应力σth”,对同样的材料分别施加不同的应力级别,试样在720小时不发生断裂的最高应力称为“临界拉伸应力σth”,σth为表示材料对H2S应力腐蚀敏感度的重要指标,也叫门槛值。
通过比较断裂时间的长短,或利用应力与断裂时间的关系曲线,来提出应力腐蚀开裂的临界应力σth。
详见GB/T4157-2006《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》。
普通低合金钢、16MnR、调质钢、临界应力到倍屈服强度的材料可用此试验方法。
3.慢应变速率法(SSRT)----是在专门设计的慢应变速率应力试验机上,使试样在腐蚀介质中以一定的应变速度拉伸,直至断裂。
分析试样的破断情况和断口特征,以评定其应力腐蚀开裂敏感性。
此类试验最重要的特征是在裂纹萌生或扩展区域内,产生相当低的应变速率,所以被称做慢应变速率试验。
a.试验原理----(略)b.结果的评价(1)在试样完全破坏时,是否发生应力腐蚀破裂,可通过低倍显微镜检查二次裂纹,或通过破断表面的显微镜观察,检查断裂模式的变化加以确定。
(2)应力腐蚀破断平均速率,可从完全破断的试样断面上或未破断的试样截面上,测得的最长裂纹的长度除以破断时间来确定。
(3)可用将暴露在试验环境中和暴露在惰性环境中的相同试样进行比较的方法来评定应力腐蚀破裂的敏感性,比值偏离越远,则开裂敏感性越高。
试样在试验环境中得到的结果比值=----——————————————试样在惰性介质环境中得到的结果结果可用同一个初始应变速率下的一个或多个参数来表示。
(a)断裂时间(b)延性(用断面收缩率或断后伸长率来评定)(c)达到的最大载荷(d)标准应力—延伸曲线所包围的面积(e)断面中应力腐蚀破裂所占的百分数(4)慢应变速率试验也能够用来测定临界应力值,超过此值,在给定的应变速率下会产生可检测到的裂纹。
在某些体系中,临界值可能是应变速率的函数。
有的文章介绍说这种试验方法的优点是可以将实际用材与实际工况直接相结合,快速、准确地进行抗应力腐蚀开裂性能的评估,在石油、化工、海洋、核电等领域内,这一试验研究技术得到大量的应用。
详见GB/《金属和合金的腐蚀-应力腐蚀试验-第7部分:慢应变速率试验》。
调质钢、07MnMoVR采用这种方法,不适用H2S应力腐蚀。
4.断裂力学法----使用楔形张开加载型试样进行研究,对预先制有裂纹的试样给以各种K值,测定裂纹停止扩展的临界值K ISCC。
5.此外,还有GB/T17898-1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》、GB/T10126-1988《铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法》等试验标准。
三、应力腐蚀的预防措施在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、氢腐蚀、腐蚀疲劳等局部腐蚀形态中,对晶间腐蚀的研究较为深入,能采用的工程对策较为具体,在各种腐蚀试验的标准方法中,主要都用于科学试验,只有晶间腐蚀敏感性检验还用作为工程材料和设备的检验措施。
在对晶间腐蚀进行有效控制和检验后,这些年才把化工过程设备产生的晶间腐蚀失效事故降到占各种腐蚀失效事故总和的10%以下,所以对压力容器的晶间腐蚀进行控制和检测,一直是必要措施。
而应力腐蚀失效事故占到腐蚀失效事故总和的50%以上,这主要是由于对应力腐蚀产生机理的研究不够深入透彻,对应力腐蚀失效的工程控制手段还不够有力,也还没找到很好的工程检验方法。
防止应力腐蚀的方法理论上有以下几种:1.设备或另部件焊后消除应力热处理,消除或部分消除部件应力。
2.正确选材(对Q345R和Q235R,一般优选Q235R,选择合适的不锈钢、双相钢、镍合金等)。
3.改进设计结构,避免应力集中于局部。
4.设计中选用载荷应低于产生应力腐蚀的临界值。
5.表面处理(用喷丸处理产生压应力)。
6.采用电化学保护(如阴极保护、阳极保护)。
7.涂层(或衬里)。
8.加入缓蚀剂。
等等。
四、工程设计中对有应力腐蚀的设备其使用材料和使用介质的限制1.NaOH溶液1) 碳钢、低合金钢、不锈钢等金属材料在NaOH溶液都可发生应力腐蚀开裂,也叫碱脆。
碳钢、低合金钢发生碱脆的趋向见图1。
由图可知,NaOH浓度在5%以上的全部浓度范围内碳钢几乎都可能产生碱脆。
碳钢、低合金钢的温度和NaOH的浓度超过一定值时,焊后应消除应力热处理,沸点附近的高温区最易发生应力腐蚀开裂,裂纹一般呈晶间型。
2)碳钢、低合金钢焊制化工设备,焊后或冷加工后如不进行消除应力热处理,则盛装NaOH溶液介质的使用温度不应大于表1规定的温度。
当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积比≥5%时也应符合此要求。
NaOH溶液浓度≤1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积比<5%,不受此限。
3)此工况下,壳体用碳钢、低合金钢材料的腐蚀裕度不<3mm。
4)盛装KOH溶液介质的碳钢、低合金钢焊制化工容器应参照本条2)款的规定。
表1 NaOH溶液的使用温度上限NaOH溶液,质量% 2 3 5 10 15 20 30 40 50温度上限(℃) 82 82 82 81 76 71 59 53 47 2.湿H2S应力腐蚀环境1)腐蚀环境当化工容器接触的介质同时符合下列条件时,即为湿H2S应力腐蚀环境:b.温度≤(60+2P)℃,P为压力,MPa(表压)c.H2S分压≥,即相当于常温在水中的H2S溶解度≥Ld.介质中含有液相水或处于水的露点温度以下e.PH<7或有氰化物(HCN)存在。
2)材料要求及限制在湿H2S应力腐蚀环境中使用的碳钢、低合金钢应符合下列要求:a.材料标准规定的下屈服强度R eL≤355 MPab.材料实测的抗拉强度Rm≤630 MPac.材料使用状态应为正火或正火+回火、退火、调质状态d.碳当量限制(当碳当量限制超标时,应加大硬度限制的监测频度)低碳钢、碳锰钢C E≤ C E=C+Mn/6低合金钢(包括低温镍钢)C E≤ C E=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15e.对非焊接件或焊后经正火或回火处理的材料,硬度限制如下:低碳钢HV(10) ≤220(单个值)低合金钢HV(10) ≤245(单个值)f.壳体用钢板厚度>20 mm时,应按JB/进行超声检测,Ⅱ级合格。
g.不应采用铜及各种铜合金。
h.壳体用钢板的腐蚀裕量不<3mm3)制造要求a.冷变形----冷变形量≤2%不需处理,>2%至≤5%应做消除应力热处理,>5%应做正火或回火热处理。
b.热处理后,不允许在接触介质一侧打磨及打钢印4)焊接a.所有焊缝均应经焊评,包括对焊、角焊、堆焊、补焊、管子和管板焊接等。
b.在满足强度要求的前提下,尽可能采用低强度焊接材料。
c.焊接接头(包括焊缝、热影响区及母材)的硬度要求同第2条第2)款第e项要求。
d.焊接工艺评定、焊接试板及每一种焊接工艺施焊的产品焊缝均应按本款第c项的的要求进行硬度测试。
产品上的硬度测试应在接触介质一侧的表面。
工艺评定和及试板上的硬度测定应在横截面上测定(距表面 mm处)。
e.焊缝外的起弧、打弧点(包括临时焊缝处)均应在焊后热处理前打磨 mm以上,并做磁粉或着色检查。
f.所有焊接接头不应留下封闭的中间空隙,(如衬板、加强板的四周填角焊后),如属不可避免时,应开设排气孔。
g.不允许存在铁素体钢或双相不锈钢与奥氏体钢之间的异种金属焊接接头。
5)焊后热处理a.可能发生湿H2S应力腐蚀环境的容器应进行焊后消除应力热处理,焊后消除应力热处理温度应按标准要求尽可能取上限。
b.热处理宜采用炉内整体消除应力热处理。
6)也可根据工艺条件和介质条件的特殊性对碳素钢原材料提出附加抗HIC、SSCC试验的技术要求。
对于在湿H2S应力腐蚀环境中防止碳钢和低合金钢设备发生应力腐蚀破裂的规定,目前国内尚未制定标准和规范,上述要求摘自HG/T20581的7.8.2条,其主要依据湿H2S应力腐蚀环境的基本规律(温度、介质、浓度),确定了对腐蚀环境的定义。
对材料和制造工艺的要求则主要依据美国API和NACE对碳钢、碳锰钢焊接容器在H2S应力腐蚀环境中防止发生破裂规定以及日本高压力协会“高强度使用标准”等规范,以及壳牌、鲁奇、林德等工程公司对H2S/ HCN介质设备的工程规定而提出的。
湿H2S应力腐蚀环境下造成碳钢和低合金钢设备产生应力腐蚀破裂(也有的叫硫裂),因环境差异可产生不同的应力腐蚀开裂现象,如氢至开裂(HIC)、硫化物应力开裂(SSCC)、氢鼓泡(HB)、应力导向氢至开裂(SOHIC)等,应根据设计需要和工程实施的可能采取有针对性的预防应力腐蚀破裂措施。