详解管道设备的应力腐蚀现象_沧州力瑞管道设备有限公司

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详解管道设备的应力腐蚀现象

 

      管道及机械设备零件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,导致设备和零件失效,这种现象称为应力腐蚀开裂(简称SCC)。
 
      根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等,而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。
 
      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;它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。
 
      由应力腐蚀而引起的裂纹是在没有任何明显宏观变形更无任何征兆的情况下发生的,所以其破坏具有突发性。裂纹往往又深入到金属内部,一旦发生也很难修复,有时只能整台设备报废。
 
      碳钢及低合金钢在湿度较大的硫化氢环境中易发生硫化物应力腐蚀,对石油、石化工业装备的安全运行构成很大的威胁。对低浓度硫化氢环境,可通过净化材质、大幅度降低S、P含量,改善材料组织结构等措施,对应力腐蚀起到有效抑制作用。
 
一、形成应力腐蚀裂纹的基本条件如下:
(1) 金属材料是合金也包括微量元素的合金,纯金属一般不发生应力腐蚀裂纹;
(2) 材质与腐蚀介质的匹配并非任何金属材料与任何介质都能产生应力腐蚀裂纹,它们有一定的匹配关系;
(3) 必须存在拉应力,拉应力可以是工作应力和焊接残余应力。焊接残余应力通常在焊缝及近缝区为拉应力,有时高达材料的屈服点。所以即使焊接结构不承受载荷,只要材质与腐蚀介质符合匹配关系也会引起应力腐蚀裂纹。
 
二、应力腐蚀的发生条件和特征:
(1) 必须是拉应力;
(2) 构成一定材料发生应力腐蚀的环境介质是特定的;
(3) 应力腐蚀破裂速度远大于其他局部腐蚀速度,但比纯力学(机械)断裂速度小得多;
(4) 应力腐蚀断裂,常在无明显预兆的情况下突然发生,故其危害性极大;
(5) 裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型3种;
(6) 断口形貌,宏观上属于脆性断裂,其微观上可观察到断面上仍有塑性流变痕迹。
 
三、根据应力加载的方法不同,应力腐蚀试验方法主要分为四类:
(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:即把单轴拉伸型的试样沿轴向施加应力,在腐蚀介质中试验,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σscc;
(3) 慢应变速率法: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等,以评定其应力腐蚀开裂敏感性;
(4) 断裂力学法:使用楔形张开加载型试样进行研究,以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KISCC。
其标准有:
GB/T 4157-2006《金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法》
GB/T 17898-1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》
GB/T 10126-2002《铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法》
 
四、可产生应力腐蚀破坏的金属材料-环境的组合主要有以下几种:
(1) 对碳钢和低合金钢,介质有碱液,硝酸盐溶液,无水液氨,湿硫化氢,醋酸等;
(2) 对奥式体不锈钢,介质有氯离子,氯化物+蒸汽,硫化氢,碱液等;
(3) 对含钼奥式体不锈钢,介质有碱液,氯化物水溶液,硫酸+硫酸铜的水溶液等;
(4) 对黄铜,介质有氨气及溶液,氯化铁,湿二氧化硫等;
(5) 对钛,介质有含盐酸的甲醇或乙醇,熔融氯化钠等;
(6) 对铝,介质有湿硫化氢,含氢硫化氢,海水等。
 
五、应力腐蚀破裂控制途径:
(1) 降低应力,消除残余应力;
(2) 选用耐应力腐蚀材料;
(3) 采用阴极保护;
(4) 添加缓蚀剂或除去介质中有害成分。

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