壓力容器腐蝕--杜晨陽

1、杜晨陽中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 金屬在環(huán)境中，由于它們之間所產(chǎn)生的化金屬在環(huán)境中，由于它們之間所產(chǎn)生的化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，或者由于物理溶解作用學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，或者由于物理溶解作用而引起的損壞或變質(zhì)。而引起的損壞或變質(zhì)。按腐蝕機(jī)理分類按腐蝕機(jī)理分類 化學(xué)化學(xué) 電化學(xué)電化學(xué) 物理物理化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。而引起的破壞。電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕：金屬表面與離子導(dǎo)電的電介質(zhì)發(fā)生電化金屬表面與離子導(dǎo)電的電介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。物理腐蝕：物理腐蝕：金屬由于單純的物理作用所引起的破壞。金屬由于單純的物

2、理作用所引起的破壞。按腐蝕破壞的形式分類按腐蝕破壞的形式分類 腐蝕介質(zhì)多腐蝕介質(zhì)多 尤其是混合介質(zhì)多，溫度、壓力等環(huán)境因素多，尤其是混合介質(zhì)多，溫度、壓力等環(huán)境因素多，增加了腐蝕的復(fù)雜性增加了腐蝕的復(fù)雜性腐蝕種類多腐蝕種類多幾乎所有腐蝕形態(tài)都會(huì)在石化裝置上發(fā)生。幾乎所有腐蝕形態(tài)都會(huì)在石化裝置上發(fā)生。原電池的工作原理原電池的工作原理負(fù)極負(fù)極正極正極負(fù)負(fù) 極：極：_失去電子，被失去電子，被_ 電極反應(yīng)電極反應(yīng): 正正 極：極：_得到電子，被得到電子，被_ 電極反應(yīng)電極反應(yīng):總反應(yīng)：總反應(yīng)： Zn 2e = Zn2+2H+ + 2e = H2Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 Zn氧化氧化H+

3、還原還原腐蝕電池的工作過程腐蝕電池的工作過程什么是腐蝕電池什么是腐蝕電池 Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 腐蝕電池的定義：腐蝕電池的定義： 只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對(duì)外界作功的短路原電池。腐蝕電池的特點(diǎn)：腐蝕電池的特點(diǎn)：1腐蝕電池的陽極反應(yīng)是金屬的氧化反應(yīng)，結(jié)果造成金屬材料的破壞。2腐蝕電池的陰、陽極短路（即短路的原電池），電池產(chǎn)生的電流全部消耗在內(nèi)部，轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，不?duì)外做功。3腐蝕電池中的反應(yīng)是以最大限度的不可逆方式進(jìn)行。HCl溶液ZnCu AKZnCuHCl溶液CuCuCuZn (a)Zn塊和Cu塊通 （b)Zn塊和Cu塊直 （c)Cu作為 過導(dǎo)線聯(lián)接 接接觸（短路）雜質(zhì)分

4、布在Zn表面 陽極Zn: Zn Zn2+2e （氧化反應(yīng)） 陰極Cu: 2H+2e H2 （還原反應(yīng)） 腐蝕電池的構(gòu)成金屬方面金屬方面 環(huán)境方面環(huán)境方面 成分不均勻成分不均勻 金屬離子濃度差異金屬離子濃度差異 組織結(jié)構(gòu)不均勻組織結(jié)構(gòu)不均勻 氧含量的差異氧含量的差異表面狀態(tài)不均勻表面狀態(tài)不均勻 溫度差異溫度差異應(yīng)力和形變不均勻應(yīng)力和形變不均勻熱處理差異熱處理差異 根據(jù)構(gòu)成腐蝕電池的電極尺寸大小可將腐蝕電根據(jù)構(gòu)成腐蝕電池的電極尺寸大小可將腐蝕電池分為兩大類：池分為兩大類： 宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池。池。宏觀腐蝕電池：宏觀腐蝕電池：指陽極區(qū)和陰極區(qū)的尺寸較大，區(qū)分明顯，肉眼

5、可辯。微觀腐蝕電池：微觀腐蝕電池：指陽極區(qū)和陰極區(qū)尺寸小，肉眼不可分辨。1.1.異種金屬接觸異種金屬接觸2.2.濃差電池：濃差電池： 比如氧濃差電池，氧濃度低的部位為陽極，造成腐蝕。3.3.溫差電池：溫差電池：比如碳鋼制成的換熱器，由于高溫部位電位低，使得高溫部位比低溫部位腐蝕嚴(yán)重。 由于金屬材料表面性質(zhì)的不均勻性，使金屬材料表面存在許多微小的、電位高低不等的區(qū)域，可以構(gòu)成各種各樣的微觀腐蝕電池。金屬表面化學(xué)成分不均勻：碳鋼中的滲碳體、工業(yè)純鋅中的鐵雜質(zhì)FeZn7金屬組織不均勻性：晶界、位錯(cuò)、空位等缺陷。晶間腐蝕金屬表面膜不完整：氯化物點(diǎn)蝕金屬表面物理狀態(tài)不均勻性：應(yīng)力、變形不均勻，應(yīng)力大的部

6、分成為陽極 宏觀腐蝕電池的腐蝕形態(tài)是局部腐蝕，腐蝕破壞主要集中在陽極區(qū)。 如果微電池的陰、陽極位置不斷變化，腐蝕形態(tài)是全面腐蝕；如果陰、陽極位置固定不變，腐蝕形態(tài)是局部腐蝕。腐蝕減腐蝕減薄薄 鹽酸腐蝕、硫酸腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕、堿腐蝕、冷卻水腐蝕、煙氣露點(diǎn)腐蝕、環(huán)烷酸腐蝕、高溫硫腐蝕、高溫硫化氫腐蝕、氯化銨腐蝕、沖蝕、甲酸腐蝕、乙酸環(huán)境開環(huán)境開裂裂 氯脆、堿脆、氨脆、連多硫酸應(yīng)力腐蝕、碳酸鹽應(yīng)力腐蝕、濕硫化氫破壞、高溫水應(yīng)力腐蝕、硝酸鹽應(yīng)力腐蝕材質(zhì)劣材質(zhì)劣化化 高溫氫侵蝕、石墨化、相脆化、475脆化、回火脆化、滲碳、球化、再熱裂紋、滲氮、晶間腐蝕 機(jī)械損機(jī)械損傷傷 機(jī)械疲勞、機(jī)械磨損、超壓

7、、過載、脆性斷裂、蠕變、異種金屬焊縫開裂、熱疲勞、汽蝕、過熱腐蝕減薄 點(diǎn)蝕集中于金屬表面的很小范圍并深入到金屬內(nèi)點(diǎn)蝕集中于金屬表面的很小范圍并深入到金屬內(nèi)部，一般直徑小而深度深。部，一般直徑小而深度深。 點(diǎn)狀腐蝕是一種高度局部性腐蝕，呈現(xiàn)小孔或麻坑狀。它能夠在被隔離部位發(fā)生，或者麻坑相當(dāng)密集，看起來很像均勻腐蝕。點(diǎn)狀腐蝕很難檢測(cè)，因?yàn)樗鶗?huì)在金屬表面以下達(dá)到一定深度，并且通常被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋。設(shè)備失效通常表現(xiàn)為一處或多處腐蝕穿孔，只有很少情況是完全損壞的。 1. 1. 表面生成鈍化膜（如不銹鋼、鋁合金上）或有表面生成鈍化膜（如不銹鋼、鋁合金上）或有陰極性鍍層（如碳鋼表面鍍錫、銅、鎳等）陰極性

8、鍍層（如碳鋼表面鍍錫、銅、鎳等）當(dāng)鈍化膜或陰極性鍍層局部發(fā)生破壞時(shí)，破壞區(qū)當(dāng)鈍化膜或陰極性鍍層局部發(fā)生破壞時(shí)，破壞區(qū)的金屬和未破壞區(qū)形成了大陰極、小陽極的的金屬和未破壞區(qū)形成了大陰極、小陽極的“鈍鈍化活化腐蝕電池化活化腐蝕電池”，使腐蝕向基體縱深發(fā)展而，使腐蝕向基體縱深發(fā)展而形成蝕孔形成蝕孔。 2點(diǎn)蝕發(fā)生于有特殊離子的腐蝕介質(zhì)中不銹鋼對(duì)鹵素離子特別敏感，作用的順序是：ClBrI。這些陰離子在金屬表面不均勻吸附易導(dǎo)致鈍化膜的不均勻破壞，誘發(fā)點(diǎn)蝕。 3點(diǎn)蝕發(fā)生在特定的一臨界電位（點(diǎn)蝕電位或破裂電位Eb)以上。當(dāng)EEb時(shí)，點(diǎn)蝕迅速發(fā)生和發(fā)展當(dāng)EbEEp時(shí)，不產(chǎn)生新的蝕孔，但已有的蝕孔可繼續(xù)發(fā)展當(dāng)EE

9、b時(shí)，不發(fā)生點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕敏感位置：金屬材料表面組織和結(jié)構(gòu)的不均勻點(diǎn)蝕敏感位置：金屬材料表面組織和結(jié)構(gòu)的不均勻性使表面鈍化膜的某些部位較為薄弱，從而成為點(diǎn)性使表面鈍化膜的某些部位較為薄弱，從而成為點(diǎn)蝕容易形核的部位：晶界、夾雜、位錯(cuò)和異相組織蝕容易形核的部位：晶界、夾雜、位錯(cuò)和異相組織晶界：晶界： 表面結(jié)構(gòu)不均勻性，特別是在晶界處有析出相時(shí)，如在奧氏體不銹鋼晶界析出的碳化物相及鐵素體或復(fù)相不銹鋼晶界析出的高鉻相，使不均勻性更為突出。 此外，由于晶界結(jié)構(gòu)的不均勻性及吸附導(dǎo)致晶界處產(chǎn)生化學(xué)不均勻性。夾雜物：夾雜物： 硫化物夾雜硫化物夾雜是碳鋼、低合金鋼、不銹鋼以及是碳鋼、低合金鋼、不銹鋼以及NiNi等

10、材料萌等材料萌生點(diǎn)蝕最敏感的位置。常見的生點(diǎn)蝕最敏感的位置。常見的FeSFeS和和MnSMnS夾雜容易在稀夾雜容易在稀的強(qiáng)酸中溶解，形成空洞或狹縫，成為點(diǎn)蝕的起源。同的強(qiáng)酸中溶解，形成空洞或狹縫，成為點(diǎn)蝕的起源。同時(shí)，硫化物的溶解將產(chǎn)生時(shí)，硫化物的溶解將產(chǎn)生H H或或H2SH2S，它們會(huì)起活化作，它們會(huì)起活化作用，妨礙蝕孔內(nèi)部的再鈍化，使之繼續(xù)溶解。用，妨礙蝕孔內(nèi)部的再鈍化，使之繼續(xù)溶解。 在氧化性介質(zhì)中，特別是中性溶液中，硫化物不溶解，在氧化性介質(zhì)中，特別是中性溶液中，硫化物不溶解，但促進(jìn)局部電池的形成，作為局部陰極而促進(jìn)蝕孔的形但促進(jìn)局部電池的形成，作為局部陰極而促進(jìn)蝕孔的形成成。位錯(cuò)：位

11、錯(cuò)：金屬材料表面露頭的位錯(cuò)也是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的敏感部位。異相組織：異相組織：耐蝕合金元素在不同相中的分布不同，使不同的相具有不同的點(diǎn)蝕敏感性，即具有不同的Eb值。例如：在鐵素體奧氏體雙相不銹鋼中，鐵素體相中的Cr、Mo含量較高，易鈍化；而奧氏體相容易破裂。點(diǎn)蝕一般發(fā)生在鐵素體和奧氏體的相界處奧氏體一側(cè)。 煉油廠中常減壓裝置塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)，石油化煉油廠中常減壓裝置塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)，石油化工廠苯酚、丙酮裝置中烴化塔、丁苯橡膠中聚合工廠苯酚、丙酮裝置中烴化塔、丁苯橡膠中聚合系統(tǒng)以及醋酸裝置接觸較多氯離子，高溫氧化生系統(tǒng)以及醋酸裝置接觸較多氯離子，高溫氧化生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸裝置接觸產(chǎn)對(duì)苯二甲酸裝置接觸BrBr

12、- - ，不銹鋼制造的設(shè)備往，不銹鋼制造的設(shè)備往往有較嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。煉油設(shè)備中許多塔、容器的往有較嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。煉油設(shè)備中許多塔、容器的碳鋼內(nèi)壁長期接觸碳鋼內(nèi)壁長期接觸ClCl- -, SO, SO4 42- 2-中性或接近中性的介中性或接近中性的介質(zhì)也常產(chǎn)生點(diǎn)蝕坑。質(zhì)也常產(chǎn)生點(diǎn)蝕坑。1.1.改善介質(zhì)條件：降低溶液中的改善介質(zhì)條件：降低溶液中的ClCl含量，減少氧化劑（如含量，減少氧化劑（如除氧和除氧和Fe3Fe3、Cu2Cu2），降低溫度，提高），降低溫度，提高pHpH，使用緩蝕，使用緩蝕劑均可減少點(diǎn)蝕的發(fā)生。劑均可減少點(diǎn)蝕的發(fā)生。2.2.選用耐點(diǎn)蝕的合金材料：近年來發(fā)展了很多含有高含量選用耐點(diǎn)

13、蝕的合金材料：近年來發(fā)展了很多含有高含量CrCr、MoMo，及含，及含N N、低、低C C（0.03%0.03%）的奧氏體不銹鋼。雙相鋼）的奧氏體不銹鋼。雙相鋼和高純鐵素體不銹鋼抗點(diǎn)蝕性能良好。和高純鐵素體不銹鋼抗點(diǎn)蝕性能良好。TiTi和和TiTi合金具有最合金具有最好的耐點(diǎn)蝕性能好的耐點(diǎn)蝕性能。3.對(duì)材料表面進(jìn)行鈍化處理，提高其鈍態(tài)穩(wěn)定性。4.陰極保護(hù)：使電位低于Eb，最好低于Ep，使不銹鋼處于穩(wěn)定鈍化區(qū)。這稱為鈍化型陰極保護(hù)，應(yīng)用時(shí)要特別注意嚴(yán)格控制電位。定義：縫隙腐蝕是有電解質(zhì)溶液存在，在金屬與金屬及金屬和非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi)，介質(zhì)的遷移受到阻滯時(shí)而產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài)。特點(diǎn)：在

14、工程結(jié)構(gòu)中，一般需要將不同的結(jié)構(gòu)件相互連接，縫隙是不可避免的?？p隙腐蝕將減小部件的有效幾何尺寸，降低吻合程度。縫內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積增大，形成局部應(yīng)力，并使裝配困難，因此應(yīng)盡量避免。 1.不同結(jié)構(gòu)件之間的連接，如金屬和金屬之間的鉚接、搭焊、螺紋連接，以及各種法蘭盤之間的襯墊等金屬和非金屬之間的接觸。 2.在金屬表面的沉積物、附著物、涂膜等。如灰塵、沙粒、沉積的腐蝕產(chǎn)物。1.可發(fā)生在所有的金屬和合金上，特別容易發(fā)生在靠鈍化耐蝕的金屬材料表面。2.介質(zhì)可以是任何酸性或中性的侵蝕性溶液，而含有Cl的溶液最易引發(fā)縫隙腐蝕。3.與點(diǎn)蝕相比，同一種材料更容易發(fā)生縫隙腐蝕。當(dāng)EbE9.0且CO32-100ppm

15、，或8pH400ppm；3.物料含水，硫化氫濃度不低于50ppm，且pH不低于7.6時(shí)，設(shè)備和管線即可能發(fā)生開裂；4.物料含氰化物時(shí)，開裂敏感性增加；5. 氣體凈化裝置中二氧化碳濃度超過2%（質(zhì)量比）時(shí)，溫度高于93時(shí)才會(huì)發(fā)生開裂。1.催化裂化裝置主分餾塔塔頂冷凝系統(tǒng)和回流系統(tǒng)，及下游的濕氣壓縮系統(tǒng)，和這些工段排出的酸性水管線、設(shè)備；2. 制氫裝置的碳酸鉀、鉀堿和二氧化碳脫除系統(tǒng)的設(shè)備、管線。1.對(duì)焊接接頭(包括修補(bǔ)焊接接頭和內(nèi)、外部構(gòu)件焊接接頭)進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理；2. 敷設(shè)涂層，或選用奧氏體不銹鋼、復(fù)合材料、鎳基合金、其它耐蝕合金代替碳鋼；3.熱碳酸鹽系統(tǒng)中在熱處理或蒸汽吹掃前，應(yīng)采用

16、水沖洗未進(jìn)行焊后熱處理的管線和設(shè)備；4.在制氫裝置二氧化碳去除單元的熱碳酸鹽系統(tǒng)，可以使用偏礬酸鹽來防止開裂，但須注意緩蝕劑的劑量和氧化情況。碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂FCC氣體裝置的一條未經(jīng)PWHT的管線焊縫在服務(wù)15年后在焊縫和相臨的地方發(fā)生碳酸鹽開裂基體金屬碳酸鹽開裂的橫截面顯微照片。從I.D.表面（左側(cè)）起始 基體金屬碳酸鹽開裂的橫截面顯微照片，在ID表面的腐蝕坑起始 基體金屬碳酸鹽開裂的橫截面顯微照片，顯示了裂紋的分支性質(zhì) 在停工期間設(shè)備表面的硫化物腐蝕產(chǎn)物，與空氣和水反應(yīng)生成連多硫酸，在奧氏體不銹鋼的敏化區(qū)域，如焊接接頭部位，引起的開裂過程。 易發(fā)生在奧氏體不銹鋼的敏化區(qū)

17、域，多為沿晶型開裂，開裂可能在短短幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)迅速擴(kuò)展穿透管道和部件的壁厚。1.選擇低碳的和穩(wěn)定級(jí)奧氏體不銹鋼，避免在使用中或焊接中發(fā)生敏化。 2.對(duì)將來會(huì)長期暴露在高溫條件下的化學(xué)性能穩(wěn)定的不銹鋼，進(jìn)行初始熱穩(wěn)定處理。 3.履行恰當(dāng)?shù)耐９こ绦颍乐寡鹾退诌M(jìn)入系統(tǒng)。 NACE RP170 在煉廠設(shè)備停工期間防止奧氏體不銹鋼和其他奧氏體合金發(fā)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂染色滲透檢驗(yàn)表明焊縫周圍存在大量的裂紋 晶間開裂和晶粒脫落 304不銹鋼催化劑回收管線和法蘭的PT檢查靠近法蘭的催化劑回收線的橫截面顯示在焊縫HAZ區(qū)有裂紋， 同時(shí)具備以下條件的屬氨應(yīng)力腐蝕

18、開裂的典型環(huán)境：同時(shí)具備以下條件的屬氨應(yīng)力腐蝕開裂的典型環(huán)境：1）介質(zhì)為液態(tài)氨，其中的含水量低于0.2%并有可能受到O2或CO2的污染(N2也是必要的)；2）介質(zhì)溫度高于-5。 對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，液氨中加入0.2%的水可起到緩蝕作用，從而可基本上避免斷裂的發(fā)生，但對(duì)抗拉強(qiáng)度高于800MPa的調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，加水不能完全抑制裂紋的產(chǎn)生。 氨應(yīng)力腐蝕裂紋屬陽極溶解型，并一般是穿晶形式擴(kuò)展。 胺開裂是一種堿應(yīng)力腐蝕開裂的形式。它多數(shù)發(fā)生在沒有熱處理的碳鋼焊縫或臨近區(qū)域上，或在重度冷加工的部位。胺是去除/吸收各種氣相和液相碳?xì)湮锪髦械腍2S和/或CO2的溶劑。碳鋼和低合金鋼受影響。q影響因素）拉應(yīng)力水

19、平，胺濃度和溫度。 ）開裂在貧MEA和DEA中容易發(fā)生，但在多數(shù)胺中也有發(fā)生，包括MDEA和DIPA（ADIP）。）一些胺中，室溫下就會(huì)發(fā)生開裂。升高的溫度和應(yīng)力水平增加了開裂的可能性。 ）胺開裂多數(shù)與貧胺環(huán)境有關(guān)。純的堿胺不會(huì)導(dǎo)致開裂。富胺環(huán)境中的開裂大多與濕H2S問題有關(guān)。1.多發(fā)生在設(shè)備和管線接觸介質(zhì)部位的焊接接頭熱影響區(qū)，在焊縫和靠近熱影響區(qū)的母材高應(yīng)力區(qū)也可能發(fā)生；2.熱影響區(qū)發(fā)生的開裂通常平行于焊縫，在焊縫上發(fā)生的開裂既可能平行于焊縫，也可能垂直于焊縫；3.表面裂紋的形貌和濕硫化氫破壞引發(fā)的表面開裂相似；4. 胺應(yīng)力腐蝕裂紋一般為沿晶型，在一些分支中充滿了氧化物。1.開裂主要發(fā)生在

20、吸收和脫除酸性氣(H2S和CO2)裝置或系統(tǒng)中；2.在貧胺環(huán)境中所有未經(jīng)焊后熱處理的碳鋼管線和設(shè)備，包括吸收塔、汽提塔、再生塔、換熱器，以及其它任何可能接觸胺液的設(shè)備都存在一定的開裂可能性。1.對(duì)碳鋼制設(shè)備或管線的所有焊接接頭(包括焊接修補(bǔ)、內(nèi)部和外部附件焊接接頭)進(jìn)行焊后熱處理；2.選用奧氏體不銹鋼材料或復(fù)合不銹鋼材料、鎳基合金或其它耐蝕合金代替碳鋼；3.在焊接、熱處理或吹掃前，用水沖洗沒有進(jìn)行焊后熱處理的碳鋼設(shè)備和管線。胺應(yīng)力腐蝕開裂胺應(yīng)力腐蝕開裂未經(jīng)焊后熱處理管道的焊縫 上圖裂紋尖端的較高放大倍率視圖 38下運(yùn)行的MEA吸收塔管段焊縫應(yīng)力腐蝕裂紋 上圖裂紋開裂的晶間特性 濕硫化氫開裂是在

21、濕硫化氫環(huán)境中發(fā)生的一種氫致破壞形式。在濕硫化氫環(huán)境中，因?yàn)榇嬖跉涠l(fā)生的其他破壞形式包括： 氫鼓泡 硫化物應(yīng)力開裂（SSC） 氫致開裂（HIC） 應(yīng)力定向氫致開裂 （SOHIC） 氫鼓泡是原子氫擴(kuò)散進(jìn)入鋼材并在空隙、夾層或非金屬夾雜物處被截獲而造成的。進(jìn)入這些部位的氫原子結(jié)合在一起會(huì)形成分子氫，而分子氫是無法向外擴(kuò)散而逸出的。聚集在一起的氫氣的膨脹壓力終使部件發(fā)生穿壁分離，并在金屬表面出現(xiàn)明顯的鼓泡。 氫鼓泡會(huì)出現(xiàn)在一塊板的兩面，或者鼓泡出現(xiàn)在另一鼓泡頂上，取決于夾層的位置。它們大小不一，從小的突起到幾英尺直徑的腫脹。不斷增大的鼓泡會(huì)使表面發(fā)生扯裂，使設(shè)備失去承壓能力。 氫鼓泡氫鼓泡 氫致開

22、裂是平行的氫層連通在一起產(chǎn)生穿壁裂縫造成的，它們與外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力沒有明顯的相互作用。在鼓泡處，氫在內(nèi)部聚積產(chǎn)生的應(yīng)力加劇了氫致開裂。氫致開裂與鋼材的凈度密切相關(guān)，并且與鋼的制造方法、存在的雜質(zhì)和它們的形狀有關(guān)。即使僅含有50 ppm H2S這樣低濃度的水溶液也發(fā)現(xiàn)足以引起HIC 加氫處理單元中的冷卻器管道上的損壞加氫處理單元中的冷卻器管道上的損壞 非均質(zhì)的細(xì)長的硫化物或氧化物夾雜物如果是與鋼板軋制方向平行發(fā)生的，一般都會(huì)發(fā)生氫致開裂。這些夾雜物構(gòu)成形成顯微氫鼓泡的場(chǎng)所，這些顯微鼓泡會(huì)生長，并且最終通過臺(tái)階狀裂縫連在一起。事實(shí)上，有時(shí)候把氫致開裂叫做臺(tái)階狀開裂。 由于氫致開裂對(duì)應(yīng)力沒有依存關(guān)

23、系，也不是伴隨硬化的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生的，所以，焊后熱處理一點(diǎn)作用也沒有。限制硫這樣的痕量元素以及控制鋼的制造變量，才能使鋼具有氫致開裂抗性。 硫化物應(yīng)力開裂（SSC）是一種氫脆開裂形式，假如高強(qiáng)度鋼、硬焊縫和焊接熱影響區(qū)（HAZs）處于酸性環(huán)境中，受到拉伸應(yīng)力作用，并且溫度低于82C就會(huì)發(fā)生硫化物應(yīng)力開裂。鋼材的硫化物應(yīng)力開裂易發(fā)性在很大程度上取決于其組成、顯微結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、外加應(yīng)力。例如，認(rèn)為硬度大于布氏硬度HB200的碳鋼容易發(fā)生硫化物應(yīng)力開裂，但是，鋼的組成和顯微結(jié)構(gòu)影響了硫化物應(yīng)力開裂易發(fā)性的閾值硬度.1. 1.高強(qiáng)度高強(qiáng)度12Cr12Cr（410410不銹鋼）閥芯。不銹鋼）閥芯。

24、2. 2.壓縮機(jī)軸、套筒或其他暴露在酸性氣體中的高強(qiáng)壓縮機(jī)軸、套筒或其他暴露在酸性氣體中的高強(qiáng)度機(jī)械部件。度機(jī)械部件。3. 3. 螺栓螺栓4. 4.沒有鍍鋁或者沒有采用波紋管設(shè)計(jì)與酸性放空氣沒有鍍鋁或者沒有采用波紋管設(shè)計(jì)與酸性放空氣體隔開的合金鋼減壓閥彈簧。體隔開的合金鋼減壓閥彈簧。5. 5.硬焊縫和焊接熱影響區(qū)硬焊縫和焊接熱影響區(qū)焊縫SSC損傷 熱影響區(qū)的SSC 硫化物應(yīng)力開裂硫化物應(yīng)力開裂 應(yīng)力定向氫致開裂（SOHIC）與氫致開裂相似，所不同的是應(yīng)力定向氫致開裂是受應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的，并且開裂方向與基本應(yīng)力方向是垂直的。在原先有其他裂縫或缺陷的焊接熱影響區(qū)，常見應(yīng)力定向氫致開裂。由于裂縫形成和發(fā)展

25、過程中存在應(yīng)力的影響，所以，為減小應(yīng)力定向氫致開裂，焊后熱處理多少是有點(diǎn)效用的?？刂浦圃熳兞亢秃哿吭匾彩怯行У摹駸晒獯欧蹤z測(cè)顯示照片應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂，通常為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的組合。應(yīng)力定向氫致開裂（SOHICSOHIC） 焊縫處伴有應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷的氫鼓包 a) 氫鼓泡：在鋼材表面形成獨(dú)立的小泡，小泡與小泡之間一般不會(huì)發(fā)生合并；b) 氫致開裂：在鋼材內(nèi)部形成與表面平行的臺(tái)階狀裂紋，裂紋一般沿軋制方向擴(kuò)展；c) 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂：一般發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)部位，由該部位母材上不同深度的HIC沿厚度方向的連通而形成；d) 硫化物應(yīng)力腐蝕開裂：在焊縫熱影響區(qū)表面起裂，并

26、沿厚度方向擴(kuò)展,裂紋較粗，無分枝或少分叉。1. pH值：溶液的pH值小于4，且溶解有硫化氫時(shí)易發(fā)生濕硫化氫破壞。此外溶液的pH值大于7.6，且氫氰酸濃度20ppm并溶解有硫化氫時(shí)濕硫化氫破壞易發(fā)生；2.硫化氫分壓：溶液中溶解的硫化氫濃度50ppm時(shí)濕硫化氫破壞容易發(fā)生，或潮濕氣體中硫化氫氣相分壓大于0.0003MPa時(shí)，濕硫化氫破壞容易發(fā)生，且分壓越大，敏感性越高；3.溫度：氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷發(fā)生的溫度范圍為室溫到150，有時(shí)可以更高，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在82以下；4.硬度：硬度是發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的一個(gè)主要因素。煉油廠常用的低強(qiáng)度碳鋼應(yīng)控制焊接接頭硬度在HB

27、200以下。氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷與鋼鐵硬度無關(guān)；5.鋼材純凈度：提高鋼材純凈度能夠提升鋼材抗氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的能力；6.焊后熱處理：焊后熱處理可以有效地降低焊縫發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，并對(duì)防止應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂起到一定的減緩作用，但對(duì)氫鼓泡和氫致開裂不產(chǎn)生影響；7.溶液中硫氫化銨濃度超過2%（質(zhì)量比）會(huì)增加氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的敏感性；8.溶液中含有氰化物時(shí)，會(huì)明顯增加氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷的敏感性。1.選用合適的鋼材或合金，或設(shè)置有機(jī)防護(hù)層；2.用沖洗水來稀釋氫氰酸濃度；3.采用高純凈度的抗氫致開裂鋼；4.限制焊縫和熱影

28、響區(qū)的硬度，應(yīng)不超過HB 200；5.焊接接頭部位進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理；6.使用特殊的緩蝕劑。材質(zhì)劣化定義: 金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。特點(diǎn)： 晶間腐蝕是一種危害性很大的局部腐蝕，宏觀上可能沒有任何明顯的變化，但材料的強(qiáng)度幾乎完全喪失，經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備的突然破壞。再者，晶間腐蝕常常會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕開裂，成為應(yīng)力腐蝕裂紋的起源。在極端的情況下，可以利用材料的晶間腐蝕過程制造合金粉末。未浸蝕時(shí)裂紋處掃描照片 浸蝕后熱影響區(qū)微裂紋金相組織100X Cr23C6貧 Cr區(qū)貧Cr理論：當(dāng)不銹鋼的含碳量大于0.03%，并

29、且，此合金保持在或者緩慢地冷卻通過427 至 816 的溫度范圍時(shí)，鉻和碳會(huì)從固溶體里被除去，并且它們會(huì)沿著晶粒間界形成鉻的碳化物。結(jié)果，在此金屬臨近晶粒間界的部位減少了鉻的含量。晶粒間界附近耗盡鉻的區(qū)域被侵蝕。鐵素體不銹鋼的敏化溫度在900C以上，而在700-800C退火可以消除晶間腐蝕傾向。 2 2晶界選擇性溶解理論晶界選擇性溶解理論 在強(qiáng)氧化性介質(zhì)(如濃硝酸)中不銹鋼也會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，但晶間腐蝕不是發(fā)生在經(jīng)過敏化處理的不銹鋼上，而是發(fā)生在經(jīng)固溶處理的不銹鋼上。用晶界區(qū)選擇性溶解理論來解釋。 當(dāng)晶界上析出了相(FeCr金屬間化合物)，或是有雜質(zhì)(如磷、硅)偏析，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中便會(huì)發(fā)生選擇

30、性溶解，從而造成晶間腐蝕。而敏化加熱時(shí)析出的碳化物有可能使雜質(zhì)不富集或者程度減輕，從而消除或減少晶間腐蝕傾向。 規(guī)定采用低碳等級(jí)不銹鋼，如304L、316L或317L，這些不銹鋼含碳很少，不足以形成碳化鉻。 采用化學(xué)性能穩(wěn)定的合金等級(jí)，如321型（鈦基）和347型（鈮），在這些材料中，合金元素與碳緊緊系在一起。 將不銹鋼加熱到1093C后再用水淬冷，這樣固溶退火處理可以重新溶解任何沉析出的碳化鉻，并使鉻均勻地分布在金屬的顯微結(jié)構(gòu)內(nèi)。 不銹鋼焊縫的晶間腐蝕奧氏體不銹鋼在經(jīng)過固溶處理或者添加穩(wěn)定化元素鈦、鈮后，一般不產(chǎn)生晶間腐蝕。但在不銹鋼設(shè)備的制造過程中，焊接是不可避免的，由此使本來無晶間腐蝕傾

31、向的不銹鋼在焊縫附近產(chǎn)生了嚴(yán)重的晶間腐蝕。分為以下兩種：1熱影響區(qū)腐蝕：焊接過程中溫度正處于敏化溫度范圍，發(fā)生的嚴(yán)重晶間腐蝕 未穩(wěn)化處理的不銹鋼 腐蝕部位離焊縫尚有一定距離 刀口腐蝕 ： 穩(wěn)定化處理后的不銹鋼焊接時(shí)，鄰近焊縫處與熔融金屬相接觸，溫度高達(dá)（=1150） ，這時(shí)不僅鋼中的M23C6溶解，而且TiC、NbC也全部熔解，二次加熱時(shí)（如雙面焊，該部位重新加熱，或焊后的消應(yīng)力處理），造成貧鉻。 發(fā)生在已穩(wěn)定化的不銹鋼上 腐蝕部位緊靠焊縫處(1)選材：最好采用超低碳不銹鋼。有穩(wěn)定化元素的鋼，其含碳量一般希望小于0.06%以下。(2)調(diào)整焊接工藝：減少近縫區(qū)過熱、避免在焊接過程中產(chǎn)生“中溫敏化

32、” 。例如，面向腐蝕介質(zhì)的焊縫要最后焊接，盡可能避免交叉焊縫，減少焊縫的接頭等。雙面焊縫中接觸腐蝕介質(zhì)的一面焊縫無法安排在最后焊接時(shí)，應(yīng)調(diào)整焊縫尺寸形狀及焊接規(guī)范，使第二面焊縫所產(chǎn)生的敏化溫度區(qū)（6001000）不落在第一面焊縫表面的過熱區(qū)上，否則就會(huì)產(chǎn)生刀蝕。(3)熱處理：對(duì)于難以避免在敏化溫度下工作的容器，也可通過焊后穩(wěn)定化處理改善其抗蝕性能。 鋼暴露于高溫高壓氫環(huán)境中，氫吸附、滲透及擴(kuò)散等過程進(jìn)入鋼的內(nèi)部，并于鋼種的碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷（CH4），同時(shí)使鋼的的局部發(fā)生脫碳現(xiàn)象。隨著甲烷氣體在微觀缺陷部位（主要是晶界處）的聚集，導(dǎo)致內(nèi)壓升高并引發(fā)裂紋的產(chǎn)生。一條管線由于一條管線由于

33、HTHAHTHA造成造成的損傷的損傷在鋼材內(nèi)，氫與碳等其他元素反應(yīng)生成氣體，主要是甲烷。反應(yīng)過程如下： Fe3C + 2H2 3Fe + CH4 甲烷無法擴(kuò)散到鋼材外面，它們主要聚集在晶界上。位錯(cuò)、內(nèi)部空隙、夾雜物和其他非連續(xù)點(diǎn)，也能夠成為甲烷聚集的部位。高度局部的內(nèi)應(yīng)力最終會(huì)發(fā)展成非常大，使金屬出現(xiàn)裂隙。受到氫破壞的鋼材中的裂縫一開始是非常微小的。但是，隨著裂縫的發(fā)展，它們會(huì)顯著破壞鋼的機(jī)械性能。 由于碳在鋼中主要起到補(bǔ)強(qiáng)劑的作用，所以與原子氫反應(yīng)而除去碳（脫碳作用）會(huì)使材料失去強(qiáng)度。 除了在鋼材內(nèi)部會(huì)發(fā)生表面上無法看見的氣泡和裂隙外，在表面也會(huì)形成鼓泡。在鋼材表面能夠看見這些內(nèi)含甲烷的鼓泡

34、。當(dāng)高溫使鋼中的碳擴(kuò)散到金屬表面，并與原子氫結(jié)合生成甲烷時(shí)，就會(huì)形成這樣的鼓泡。 n抗氫曲線上端的虛線表示與氫接觸的鋼材有表面脫碳現(xiàn)象。表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，通常影響是強(qiáng)度和硬度略有減少，而延性增加。n抗氫曲線上的實(shí)線表示鋼材具有由于形成甲烷而導(dǎo)致內(nèi)部脫碳及微裂的傾向（氫腐蝕）。大量微裂對(duì)鋼材力學(xué)性能，如強(qiáng)度、硬度和延性等下降，產(chǎn)生本質(zhì)的破壞。a) 氫腐蝕大致分為三個(gè)階段：孕育期晶界碳化物及其附近有大量亞微型充滿甲烷的鼓泡形核，鋼的力學(xué)性能沒有變化，僅在金相觀察中可能觀察到；腐蝕期鼓泡長大，達(dá)到某一臨界密度后沿晶界連接起來形成微觀或宏觀裂紋，鋼的體積膨脹，力學(xué)性能迅速下降，超聲波測(cè)厚時(shí)可能會(huì)表現(xiàn)

35、為異常“增厚”；飽和期宏觀裂紋彼此連接，鋼中的碳逐漸耗盡，力學(xué)性能和體積變化逐漸接近極限；b) 鼓泡沿晶界分布，形成沿晶開裂，開裂部位發(fā)生脫碳。1.溫度：溫度越高，氫腐蝕越嚴(yán)重；2.氫分壓：氫分壓越高，氫腐蝕越嚴(yán)重；3.其他氣體成分：H2O和O2存在時(shí)可加速氫腐蝕；4.材質(zhì)：鋼中含碳量增加時(shí)，氫腐蝕程度加??；晶粒粗大的鋼材氫腐蝕敏感性較小。1.合成氨裝置：熱電偶套管、觸媒冷卻管、轉(zhuǎn)換器和設(shè)備襯里；2.加氫裝置：加氫反應(yīng)器、進(jìn)料和出料的設(shè)備及管線；3.甲醇裝置：甲醇轉(zhuǎn)換器；4.鉑重整裝置：反應(yīng)器、進(jìn)料和出料的設(shè)備及管線。 材料在高溫長期使用過程中，珠光體中滲碳體（碳化物）形態(tài)由最初的層片狀逐漸轉(zhuǎn)

36、變成球狀的過程。敏感材料敏感材料 碳鋼、鉬鋼、鉻鉬鋼主要影響因素主要影響因素a) 溫度：溫度升高，球化加速，如454時(shí)球化需數(shù)年，552時(shí)發(fā)生球化僅需幾小時(shí)；b) 微觀組織：退火鋼的抗球化性能比正火鋼強(qiáng)，粗晶粒鋼的抗球化性能比細(xì)晶粒鋼強(qiáng)，硅鎮(zhèn)靜鋼的抗球化性能比鋁鎮(zhèn)靜鋼強(qiáng)。高溫下金屬材料與碳含量豐富的材料或滲碳環(huán)境接觸時(shí)，碳元素向金屬材料內(nèi)部擴(kuò)散，導(dǎo)致材料含碳量增加而變脆的過程。敏感材料敏感材料碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、鑄態(tài)不銹鋼、高含鐵鎳基合金、鐵鉻鎳耐熱鑄造合金。1.發(fā)生滲碳須同時(shí)滿足三個(gè)條件：暴露于滲碳環(huán)境或與含碳材料接觸、足夠高的溫度使碳在金屬內(nèi)部可以擴(kuò)散（通常大于59

37、3）、對(duì)滲碳敏感的材料；2.溫度：溫度越高，滲碳發(fā)展越快；3.深度：初始階段碳擴(kuò)散速率大，滲碳層發(fā)展速度快，但隨著滲碳層向壁厚的深度方向移動(dòng)，滲碳層發(fā)展速度減緩，并逐漸趨于停止；4.材質(zhì)：提高Cr、Ni元素含量，可增加滲碳層發(fā)展阻力；5. 環(huán)境：高碳活性氣相（如含烴、焦炭、CO、CO2、甲烷或乙烷的氣體）和低氧分壓（微量O2或蒸汽）有利于滲碳損傷的發(fā)展。 奧氏體不銹鋼和其它Cr含量超過17%（質(zhì)量比）的不銹鋼材料，長期暴露于538816溫度范圍內(nèi)時(shí)，析出金屬間化合物（相）而導(dǎo)致材料變脆的過程。 相含鉻量大約50%，材料變得既硬又脆，而且沒有磁性。冷作能夠促進(jìn)相的形成。 1066下固溶熱處理4小

38、時(shí)，奧氏體不銹鋼的相溶解，然后快速水冷形成單一奧氏體相可消除相 為避免發(fā)生相脆化，應(yīng)當(dāng)限制奧氏體不銹鋼和其焊接熔敷中鐵素體的含量不得超過10%。 高鎳合金是不會(huì)發(fā)生相形成的，但是，高鉻合金很容易發(fā)生相形成。兩者之間的中間合金形成相的易發(fā)性取決于鎳與鉻的比率。在鑄造爐管和其他鑄造爐部件中極容易找到相。含鉻25%及含鎳20%的不銹鋼鑄件特別容易形成相。 含鐵素體相的不銹鋼暴露于316540溫度范圍時(shí)，脆性金屬間化合物析出，并逐漸累積，導(dǎo)致材料產(chǎn)生脆化的過程，尤其在475附近時(shí)脆化最為敏感。主要預(yù)防措施主要預(yù)防措施1.選用鐵素體含量低的合金、無鐵素體合金，或避免敏感材料在脆化溫度范圍內(nèi)服役；2.在593或更高溫度下進(jìn)行脫脆熱處理，并快速冷卻，但須充分預(yù)計(jì)到其后在相同服役條件下，脫脆后的部件脆化速率比未脫脆部件更快。機(jī)械損傷p在低于屈服應(yīng)力的載荷作用下，高溫設(shè)備或設(shè)備高溫部分金屬材料隨時(shí)間推移緩慢發(fā)生塑性變形的過程。p蠕變強(qiáng)度通常以一定金屬溫度下一萬小時(shí)或十萬小時(shí)里產(chǎn)生1%的應(yīng)變率的應(yīng)力來表示。p對(duì)碳鋼而言，當(dāng)使用溫度高于343 時(shí)，蠕變就會(huì)很明顯。1.蠕變損傷的初始階段一般無明顯特征，但可通過掃描電子顯微鏡觀察來識(shí)別。蠕