厚壁型不锈钢管道应力腐蚀开裂及对策
应力腐蚀断裂精编版
应力腐蚀断裂精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、或在静(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有 害物质浓度往往很低，如大气中微量的H 2S和NH 3 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀
应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
管道的应力腐蚀断裂参考文本
管道的应力腐蚀断裂参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月 管道的应力腐蚀断裂参考文本
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关注碱性应力腐蚀开裂
关注碱性应力腐蚀开裂 碱溶液中的腐蚀 在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。 一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。 合金抗碱溶液腐蚀的能力 碳钢和低合金钢 任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。 铁素体不锈钢 高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊 接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用 于压力容器。 奥氏体不锈钢 研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度 和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀 开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100° C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮 廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。 300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能 会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察 到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。 对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不 锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。 双相不锈钢 双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的 能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具 有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金， 抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205 不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。 高含镍量的奥氏体不锈钢 高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利 和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合 金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。 镍合金 在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀 是材料、或在静 （主要是拉应力 ）和腐蚀的共同作用下产生的失效现 象。 它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧 急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜 被腐蚀而受 到破坏 , 破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极 , 阳极处的金属 成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电 流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹， 裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还 能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应 力腐蚀， 不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合 避免使用对应力腐蚀敏感的材料 , 可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 加工，制造，热处理 引起的内应力。 装配，安装形成的内应力。 温差引起的热应力。 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要 的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开 裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金 可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物 质浓度往往很低，如大气中微量的 H 2S 和NH 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。 空气中少量NH 是鼻子嗅不到 而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响 理选材， 如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构 件，减 少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。 采用金属或 非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也 可减小或停止应力 腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究， 并分析比较应力腐蚀断裂 其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的 测试方法与本文中重点分析之处 结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1． 2． 3 ． 4 ．
管道的应力腐蚀断裂.docx
管道的应力腐蚀断裂 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中 H2S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国 1955 年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越 来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCracKing而来的，其定义为：在应力和介质联 合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a 小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或( 和 ) 环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀 断裂。一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁 放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小 和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程， 它又可分为阳极过程和阴极过程，这二者是共存的。 金属原子是由带正电的金属离子，对钢来说，就是二价的铁离子 F2+和周围带负电的电子云 ( 用 e- 来表示）构成的，如下所
示： Fe→ Fe2++2e-上式是一个可逆反应。当铁遇到水，铁离子Fe2+ 和水化合的倾向比 Fe2+与 e- 结合成金属的倾向还要强，因此金 属铁遇到水后就会发生如下反应： 上式放出电子e- ，故称为阳极反应。 阳极反应所放出的电子必须通过阴极过程( 即吸收电子的过 程) 被取走，式的反应才能继续存在，否则该式将是可逆的。 一种常见吸收电子的阴极过程是吸氧过程，见下式： O2+2H2O+4e→- 4OH-氢氧根 OH-和铁离子F e2+结合，就会产生铁锈，即 Fe2O3 2Fe2++60H-→ Fe2O3·3H2O综合阳极过程和阴极过程，即联合上两式，可写出下式： 4Fe+nH2O+3O2→ 2Fe2O3·nH2O 由上式可以看出，钢管生锈的条件为第一要接触水( 或潮湿的空气 ) ，第二要接触空气，以提供 O2前者是阳极过程，后者是阴极过程。 实验表明，和腐蚀介质相接触的阳极金属介面上会形成一层 致密的复层，即纯化膜，它能阻碍阳极金属进一步溶解。但金属
应力腐蚀
应力腐蚀 （一）应力腐蚀现象 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。 3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 常见合金的应力腐蚀介质： 碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。 马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸
应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即
不锈钢管道对照表
DN-公称直径 ①—外径 DN15-巾 22mm DN25-巾 34mm DN40-巾 48mm DN65-巾 76(73)mm> DN100-巾 114mm DN150-巾 168mm DN250-巾 273r m , DN350-巾 360mm DN450-巾 457mm DN600-巾 610mm DN20-巾 27mm DN32-巾 42mm DN50-巾 60mm DN80-巾 89mm DN125-巾 140mm DN15-巾 18mm DN25-巾 32mm DN40-巾 45mm DN65-巾 73mm DN20-巾 25mm DN32-巾 38mm DN50-巾 57mm DN80-巾 89mm DN100-巾 108mm DN150-巾 159mm DN250-巾 273mm DN350-巾 377mm DN450-巾 480mm DN600-巾 630mm DN125-巾 133mm DN200-巾 219mm DN300-巾 325mm DN400-巾 426mm DN500-巾 530mm DN15,DN20,DN25 是外径。四分管和六分管的直径 1 英寸 =25.4 毫米 =8 英分 1/2 是 四分（4 英分） DN15 3/4 是 六分（6 英分） DN20 2 分管 DN8 4 分管 DN15 6 分管 DN20 1' DN25 1.2 DN32 DN200-巾 219mm DN300-巾 324mm DN400-巾 406mm DN500-巾 508mm
1.5 DN40 2' DN50 2.5 DN65 3' DN80 4' DN100 5'DN125 6' DN150 8' DN200 10 DN250 12 DN300 GB/T50106-2001 钢管规格及其理论重量表 1)
管道的应力腐蚀断裂(2021新版)
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 管道的应力腐蚀断裂(2021新版)
管道的应力腐蚀断裂(2021新版)导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中H2 S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国1955年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCrac King而来的，其定义为：在应力和介质联合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或(和)环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互
应力腐蚀断裂
一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且
管道壁厚对照表
（一）无缝碳钢管壁厚m m
(二)无缝不锈钢管壁厚mm （三）焊接钢管壁厚mm
内压金属直管的壁厚 根据SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定： 当S0< Do /6时，直管的计算壁厚为： S0 = P D0/(2[σ]tΦ+2PY) 直管的选用壁厚为： S = S0 + C 式中S0―― 直管的计算壁厚， mm； P――设计压力， MPa； D0――直管外径， mm； [σ]t―― 设计温度下直管材料的许用应力， MPa； Φ――焊缝系数，对无缝钢管，Φ＝1； S――包括附加裕量在内的直管壁厚， mm； C―― 直管壁厚的附加裕量， mm； Y――温度修正系数，按下表选取。 温度修整系数表 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 1）是以管子表号"Sch"表示壁厚。 管子表号是管子设计压力与设计温度下材料许用应力的比值乘1000,并经圆整后的数值。即: Sch＝ P/[σ]t×1000 ANSI B36.10壁厚等级：Sch10、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160十个等级; ANSI B36.19壁厚等级：Sch5s、Sch10s、Sch40s、S 2）以钢管壁厚尺寸表示中国、ISO、日本部分钢管标准采用 ch80s四个等级; 表示英制管壁厚系列： Sch.20----全称：Schedule 20 Sch.10s--带s的系列为不锈钢专用，碳钢不用。 举个例子： 2" sch.10s 表示2”接管的壁厚为2.9mm,材质为不锈钢； 2" sch.40 表示2”接管的壁厚为4.0mm。
附录H-应力腐蚀开裂技术模式
附录H-应力腐蚀开裂技术模块 H.1 范围 本模块为其破坏机理造成应力腐蚀开裂（SCC）的工艺设备建立一套技术模块次因子（可能的失效修正系数）。碱腐蚀开裂、胺腐蚀开裂、硫化物应力腐蚀开裂（SSC）、氢致开裂（HIC）、应力取向氢致开裂（SOHIC）、碳酸盐腐蚀开裂、连多硫酸腐蚀开裂（PTA）和氯化物腐蚀开裂（ClSCC）都在本模块范围内。有关造成应力腐蚀开裂的特定破坏机理的敏感性估计的技术补遗也包含在本模块中。专家的建议也可用于确定应力腐蚀开裂的敏感性。 H.2 技术模块筛选问题 没有可避开应力腐蚀开裂技术模块的筛选问题，所有设备都应输入此模块。 H.2.1必需数据 表H-1中列出了确定应力腐蚀开裂技术模块次因子必备的最少基本数据。 H.2.2附加数据 附加数据要求用于回答表H-2中列出的应力腐蚀（SCC）机理的筛选问题。各种SCC机理所需的更多数据列在各补遗基本数据表的开始部分。 H.3 基本假设 本技术模块假设每种SCC机理的敏感性均可由本模块中适用的章节确定。根据工艺、材料、制造参数将敏感性分为高、中、低三种等级。可确定“严重度指数”，它是设备/管道对裂纹（或萌生裂纹的可能性）的敏感性和一个裂纹导致泄漏的可能性的乘积。 本技术模块还以一种简单的方式处理已知的裂纹。由于某一特定裂纹或裂纹组引起的设备/管道损失效的可能性应通过使用更为先进的方法或合于使用评估进行进一步评估。 H.4 技术模块次因子（TMSF）的确定 确定技术模块次因子的流程图见图H-1A和H-1B。各个步骤及所需的表格在下面进行讨论。 H.4.1技术补遗的筛选问题 表H-2列出的的筛选问题，用于选择适用的SCC机理。 H.4.2确定每种潜在SCC机理的敏感性 关于每一SCC机理的各章节将确定该设备中可能的敏感性。 H.4.2.1存在裂纹的调整 如果设备中已经检测到SCC，那么其敏感性则认为是“高”。如果检测到的SCC的机理是已知的，则其敏感性应提升为“高”。如果检测到的SCC的机理是未知的，则所有潜在机理的开裂敏感性都应升为“高”。 H.4.3确定严重度指数 将各种SCC机理的敏感性输入表H-3，确定每种潜在/已有SCC机理严重度指数。 没有进行过检验的设备的严重度指数，将在下面每种应力腐蚀开裂机理中概述。 H.4.3.1最大严重度指数 249
应力腐蚀
第二节应力腐蚀开裂 （此处缺内容） 应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一，在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级，SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏都造成了巨大的生命和财产损失。此外，如核电站，船只，锅炉，石油化工也都发生过应力腐蚀断裂的事故。 二，应力腐蚀开裂的特征。 （一）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1，工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2，加工，制造，热处理引起的内应力。 3，装配，安装形成的内应力。 4，温差引起的热应力。 5，裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （二）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。 而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。19世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆”（原因是黄铜弹壳（1）应力加上印度大气中含有微量NH3）。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合
后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。 （三）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子K1达到材料的断裂韧性K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：裂纹萌生，裂纹扩展，失稳断裂。 1，裂纹的萌生。 裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是SCC 裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。 2，裂纹扩展。 应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率 d a/d t与裂纹尖端的应力强度因子K1的 关系具有图示的三个阶段特征。在第一 阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当 K1降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹 不再扩展，因此Kiscc时评定材料应力 腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶 段，裂纹扩展与应力强度因子K1大小无 关，主要受介质控制。在这阶段裂纹出 现宏观和微观分枝（图）。但在宏观上， 裂纹走向与抗应力方向是垂直的。第三 阶段为失稳断裂，纯粹由力学因素K1 控制，da/dt随K1增大迅速增加直至断 裂。 （四）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断口呈多种形貌。有沿晶断，准解理，韧（2）等。 三，应力腐蚀开裂机制。 应力腐蚀开裂现象很多，目前尚未有统一的见解，不同学派的观点可能从电化学，断裂力学，物理冶金进行研究而强调了它们的作用。 （一）电化学理论。 1，活性通道理论。 该理论认为，在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通 道，沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界，亚 晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进 行，形成很窄的裂缝裂纹，而外加应力使裂纹尖端发生应力集中，引 起表面膜破裂，裸露的金属成为新的阳极，而裂纹两侧仍有保护膜为 阴极，电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端，使其在高电流密度下加 速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化 学活化溶解的联合作用。 2，快速溶解理论。
应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂 王博浩过控1201 学号：201209300319 摘要：工业上广泛应用的材料是金属，而金属无可避免的会面临腐蚀问题，而在设备的腐蚀中，应力腐蚀是在其中占有相当大比例的一种腐蚀类型。应力腐蚀广泛存在于材料受到静应力条件下，这种腐蚀对于材料是毁灭性的腐蚀。因此，了解应力腐蚀的机理和原因以及预防的方法是十分必要的。 一．引言 腐蚀导致经济的巨大损失已是众所周知的事实。从国内石油化工生产企业统计，1999年泸天化年总产值8.284亿元，而直接与间接腐蚀经济损失共计6010万元，占年生产总值的7.25%。仪征化纤厂大修周期从1年改为2年，创净利润（22~23）亿/年。通常认为间接腐蚀损失比直接腐蚀损失大。根据现有数据，石油工业的间接腐蚀损失是直接腐蚀损失的3倍。2000年，上海医药集团腐蚀损失是8114万元；华东电网因锅炉“四管”腐蚀爆漏导致非计划停车115次，损失电量29亿千瓦·小时，经济损失7.7亿元。汽车行业1999年的腐蚀损失约为242亿元。以重庆汽车腐蚀调查为例，重庆市系内陆盆地，夏季闷热，冬天潮湿， 年平均气温较高，其环境大气中的Cl-、SO 2和H 2 S等含量高，下雨频率高，酸雨、 大雾天气时有发生。车辆受大气环境的腐蚀十分严重，通常新车运行1年后就产生锈斑，2年左右就有腐蚀穿孔现象发生。由于大面积腐蚀和腐蚀穿孔，通常车辆每年都要进行外涂装；2年要进行换顶；4年要进行面板、车顶的更换，大梁、车身骨架的维护，重庆市车辆年均总的腐蚀损失为16057.1万元。 应力腐蚀、氢脆、孔蚀等局部腐蚀破坏的发生难以预测，极易引起生产设备的爆炸、火灾等突发性灾难事故，危及职工及生产装置的安全。如国内某天然气管线曾因硫化氢应力腐蚀破坏多次发生爆炸，其中一次引爆起特大火灾，造成20多人伤亡；某天然气井口设备因硫化氢酸性气体腐蚀造成井喷，大火烧了二十多天，经济损失惨重；某化肥厂废热锅炉进口管因氢腐蚀引发爆炸，造成7人死亡等。不光在工业生产中，在公共设施中应力腐蚀也有着重大的影响北京西直门立交桥1979年建成通车，1999年拆除重建，使用不到20年。除交通流量等客观因素外，主要是因溶雪撒盐造成的“盐腐蚀”。 二．应力腐蚀的发现 应力腐蚀开裂最初出现在19世纪后期,当时,人们发现黄铜弹壳在存储过程中发生开裂,由于影响军事行动,两次世界大战之间,人们对此做了大量的工作。19世纪末期出现铆接的蒸汽锅炉由于碱脆而发生爆炸及高强度钢的氢脆现象。20世纪20年代,有报道高强度铝合金在海水中的应力腐蚀问题。20世纪30年代,奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂问题又引起了人们的关注。直到目前,由于金属材料广泛地应用在航空、海洋、石油、化工等国民经济的各个部门,应力腐蚀开裂又极具破坏性,开裂前没有明显的预兆,它的破坏性和危害性是最大的,所以,金属在不同介质中的应力腐蚀开裂一直得到人们的重视。 三．应力腐蚀的发生 应力腐蚀是在应力和腐蚀同时作用下产生的。同一种合金在不同的环境中,
管道壁厚对照表
摘要：钢管壁厚等级的表示方法和钢管壁厚等级系列在不同标准中是不同的。表达方式主要有三种：1.用Sch表示；2.用管道重量表示；3.用钢管尺寸表示 常用公称压力下管壁厚度选择表 （1）无缝碳钢管壁厚mm 无缝不锈钢管壁厚mm 焊接钢管壁厚mm 钢管壁厚等级表示方法 钢管壁厚等级系列的表示方法在不同标准中有所不同。 表达它们的主要方法有三种 1）用管道计划号（SCH）表示 碳钢管的壁厚有10个等级：sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160（如果数字后跟s，则表示不锈钢管）。 用于不锈钢壁厚系列：5S，10s，40s，80s四个等级 2）以管重量表示，例如STD，XS，XXS 3）用钢管的壁厚来表示，即“管外径×壁厚”，例如φ89x4 钢管壁厚分类表（国标） 厚度和理论壁厚以及理论质量3.2 1.11 2.5 0.89 3.5 1.17 15 22 1.6 0.82 2.0 1.00 2.5 1.22 3.0 1.43 4.0 1.80 3.0 1.41 4.0 1.78 5.0 2.10 7.5 2.68 20 27 1.6 1.02 2.0 1.25 2.5 1.53 3.0 1.80 4.0 2.30 3.0 1.78 4.0 2.27 5.5 2.92 8.0 3.75 25 34 1.6 1.30 2.8 2.19 3.0 2.33 3.5 2.67 4.5 3.32 3.5 2.63 4.5 3.27 6.5 4.41 9.0 5.55 32 42
1.6 1.62 2.8 2.75 3 .0 2.93 3.5 3.37 5.0 4.63 3.5 3.33 5.0 4.56 6.5 5.69 10.0 7.89 40 48 1.6 1.86 2.8 3.17 3.0 3.38 4.0 4.41 5.0 5.38 4.0 4.34 5.0 5.30 7.0 7.08 10.0 9.37 50 60 1.6 2.34 2.8 4.01 3.5 4.95 4.0 5.61 5.5 7.50 3.5 4.88 4.0 5.52 5.0 6.78 5.5 7.39 7.0 9.15 8.5 10.79 11.0 13.29 65 76 2.0 3.70 3.0 5.48 3.5 6.35 5.5 8.89 7.0 12.09 4.5 7.93 5.0 8.75 6.0 10.36 7.0 11.91 8.0 13.42 9.5 15.58 14.0 21.40 80 89 2.0 4.36 3.0 6.46 4.0 8.51 5.5 11.50 7.5 15.30 4.5 9.38 5.5 11.33 6.5 13.22 7.5 15.07 9.0 17.76 11.0 21.16 15.0 27.37 100 114 2.0 5.61 3.0 8.33 4.0 11.01 6.0 16.22 8.5 22.45 5.0 13.44 6.0 15.98 7.0 18.47 8.5 22.11 11.0 27.94 14.0 34.52 17.0 40.66 125 140 2.8 9.62 3.5 11.96 5.0 16.90 6.5 21.72 9.5 31.03 5.0 16.65 6.5 21.40 8.0 26.04 9.5 30.57 13.0 40.71 16.0 48.93 19.0 56.69 150 168 2.8 11.58 3.5 14.41 5.0 20.40 7.0 28.21 11.0 43.23 5.5 20.04 6.5 25.89 7.0 27.79 9.5 37.13 11.0 42.59 14.0 53.17 18.0 66.58 2.0 2.0 15.3.0 34.57 8.0 42.25 13.0 67.03 6.5 34.06 7.0 36.60 8.0 41.63 10.0 51.54 13.0 66.04 15.0 75.46 18.0 89.22 20.0 98.15 24.0 115.41 23.0 111.17 250 273 3.5 23.61 4.0 26.93 6.5 43.36 9.5 62.66 15.0 96.87 6.5 42.72 8.0 52.28 9.5 61.73 13.0 83.35 15.0 95.43 18.0 113.19 22.0 8.0 32.13 4.5 36.10 6.5 51.82 9.5 75.02 17.0 131.06 6.5 51.05 8.5 66.34 10.0 77.68 14.0 107.37 17.0 129.12 22.0 164.38 25.0 184.95 28.0 205.07 34.0 244.00 26.0 191.71 350 356 4.0 35.24 5.0 43.93 8.0.68.65
管道的应力腐蚀断裂(正式版)
文件编号：TP-AR-L7111 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 管道的应力腐蚀断裂(正 式版)
管道的应力腐蚀断裂(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输 送的天然气中H2S大大超过规定的含量，曾发生多次 爆破事故。 据国外文献介绍，美国1955年第一次发生由于 氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式 的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事 故越来越多，而应力腐蚀断裂也越来越多地为管道工 作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词 Stress Corrosion CracKing而来的，其定义为：在 应力和介质联合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫
做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或(和)环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀断裂。 一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程，它又可分为阳极过