二應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

1、 2.1 2.1 碳鋼碳鋼- -堿腐蝕開(kāi)裂堿腐蝕開(kāi)裂 2.22.2碳鋼碳鋼- -硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 2.32.3碳鋼碳鋼- -硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCSSC） 2.52.5碳鋼碳鋼- -碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂 不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 2.62.6氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂SISCCSISCC 連多硫酸腐蝕開(kāi)裂（連多硫酸腐蝕開(kāi)裂（PTAPTA） 2.8 2.8 氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（HSC-HFHSC-HF）二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 堿腐蝕開(kāi)裂可以定義為金屬在NaOH存在的條件下，

2、拉應(yīng)力和適當(dāng)溫度產(chǎn)生的開(kāi)裂。裂紋主要產(chǎn)生在晶間。在碳鋼中典型地出現(xiàn)如網(wǎng)狀的細(xì)小的裂紋。堿液濃度、金屬溫度和拉應(yīng)力水平確定堿腐蝕開(kāi)裂的敏感性。有些開(kāi)裂在幾天內(nèi)發(fā)生，而更多的需要延長(zhǎng)到幾年才暴露出來(lái)。增加堿溶液濃度或金屬溫度可以加速開(kāi)裂速度。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 1.2 機(jī)理 由于環(huán)境氫脆和電化學(xué)應(yīng)力腐蝕破裂的共同作用的結(jié)果 碳鋼在堿性溶液中，由于鐵處于低電位，因此要發(fā)生陽(yáng)極溶解：二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.2 機(jī)理 但是，有人認(rèn)為：”盡管金屬在堿液中的陽(yáng)極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中均有氫原子產(chǎn)生，然而堿脆和氫脆不能混為一談，堿脆主要是堿起作用，氫的

3、作用處于次要地位認(rèn)為，堿的作用主要有兩方面：一是堿和晶界處無(wú)保護(hù)的鐵原子作用生成氧化物，由于體積增大，產(chǎn)生固體腐蝕產(chǎn)物的楔入作用，使該處的應(yīng)力增高；二是堿溶解晶界雜質(zhì)，削弱和松散了金屬組織的聯(lián)系二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 碳鋼碳鋼SCC 1.2 機(jī)理 應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理屬于沿晶陽(yáng)極溶解型， 活化途徑是預(yù)先存在的，由于介質(zhì)的濃度及溫度使這種鋼的陽(yáng)極極化曲線如圖216所示，斷裂電位位于活倫鈍化轉(zhuǎn)變的范圍內(nèi)。必須有垂直于裂紋的應(yīng)力存在，才能使膜破壞而使裂紋尖端位于活化區(qū)。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 碳鋼碳鋼SCC 1.2 機(jī)理二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 碳鋼碳鋼SCC 1.2

4、機(jī)理 低碳鋼雖然已存在活化區(qū)，但在無(wú)應(yīng)力時(shí)的熱濃硝鹽中，沿晶 腐蝕不超過(guò)10-2mm即停止；只有施加應(yīng)力或陽(yáng)極極化，才能導(dǎo)致 沿晶穿入幾乎斷開(kāi)，前者破壞膜，后者阻止腐蝕產(chǎn)物的沉淀 。說(shuō)明了應(yīng)力和沿晶腐蝕的協(xié)同作用導(dǎo)致應(yīng) 力腐蝕開(kāi)裂和斷裂。 晶界活化區(qū)是由于碳、氮和其它有害雜質(zhì)琉、磷、砷等在晶界 偏擠引起的，而不是由于晶界沉淀Fe3C引起的。方面，相對(duì)于基體，F(xiàn)e3C是陰極相；另一方面，裂紋是沿基體與Fe3C的界面擴(kuò)展 的。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1 碳鋼碳鋼SCC 1.3 影響因素 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力應(yīng)力低碳鋼在堿性介低碳鋼在堿性介質(zhì)中質(zhì)中的脆化破裂，起的脆化破裂，起

5、主要作用的是應(yīng)主要作用的是應(yīng)力在實(shí)際構(gòu)件力在實(shí)際構(gòu)件中，焊接殘余應(yīng)中，焊接殘余應(yīng)力是造成堿脆破力是造成堿脆破壞的重要原因壞的重要原因1 碳鋼碳鋼SCC1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1. 3 影響因素 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂成分和組織成分和組織對(duì)于低碳鋼來(lái)說(shuō)，含碳量越高，抗堿脆破裂性能越好，對(duì)于低碳鋼來(lái)說(shuō)，含碳量越高，抗堿脆破裂性能越好，碳的上限大約為碳的上限大約為02 低碳鋼經(jīng)低碳鋼經(jīng)Ac3和和Ac1之間加熱，之間加熱，保持保持1小時(shí)，空冷熱處理后，由于晶界上析出的微細(xì)碳小時(shí)，空冷熱處理后，由于晶界上析出的微細(xì)碳化物球化，可以增加對(duì)堿脆破裂的抵抗力。含碳量極低化物球化，可以增加對(duì)堿脆

6、破裂的抵抗力。含碳量極低的碳鋼的碳鋼(0050009C)經(jīng)經(jīng)780熱處理也不能改善其熱處理也不能改善其抗堿脆破裂的性能抗堿脆破裂的性能1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.3 影響因素 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂成分和組織成分和組織對(duì)于低碳鋼在氫氧化物水溶液中的破裂是晶間型的還對(duì)于低碳鋼在氫氧化物水溶液中的破裂是晶間型的還是穿晶型的，主要取決于鋼的含碳量及介質(zhì)溫度。對(duì)于是穿晶型的，主要取決于鋼的含碳量及介質(zhì)溫度。對(duì)于含碳量在含碳量在007以上，例如含碳量為以上，例如含碳量為007011的碳鋼，大多是發(fā)生晶間型裂紋這主要是因?yàn)榫Ы缟系奶间?，大多是發(fā)生晶間型裂紋這主要是因?yàn)榫Ы缟嫌刑蓟镂龀龊头?/p>

7、金屬夾雜物存在的緣故對(duì)于含碳量有碳化物析出和非金屬夾雜物存在的緣故對(duì)于含碳量低于低于003的低碳鋼大多穿晶的低碳鋼大多穿晶1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.3 影響因素 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂濃度濃度低于低于5%一般不發(fā)一般不發(fā)生生1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.3 影響因素 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 溫度溫度介質(zhì)溫度越高超容易產(chǎn)生堿脆破裂當(dāng)溶液溫度接介質(zhì)溫度越高超容易產(chǎn)生堿脆破裂當(dāng)溶液溫度接近或大于沸點(diǎn)時(shí)，最容易產(chǎn)生堿脆破裂近或大于沸點(diǎn)時(shí)，最容易產(chǎn)生堿脆破裂 美國(guó)美國(guó)ACE的調(diào)查報(bào)告證實(shí)了這一點(diǎn)，他們認(rèn)為，對(duì)于低碳鋼的調(diào)查報(bào)告證實(shí)了這一點(diǎn)，他們認(rèn)為，對(duì)于低碳鋼或低合金鋼，

8、只有在介質(zhì)溫度大于或低合金鋼，只有在介質(zhì)溫度大于65時(shí)，才會(huì)發(fā)時(shí)，才會(huì)發(fā)生堿脆破裂生堿脆破裂 微堿性高溫高壓水引起的堿脆破裂，微堿性高溫高壓水引起的堿脆破裂，通常發(fā)生在通常發(fā)生在150300的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi)100以下及以下及300以上很少發(fā)生以上很少發(fā)生 溫度越高，越容易發(fā)生晶間型破裂，穿晶裂紋一溫度越高，越容易發(fā)生晶間型破裂，穿晶裂紋一般只發(fā)生在低溫般只發(fā)生在低溫1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.4 預(yù)防措預(yù)防措施施 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 對(duì)于非常稀的堿溶液，例如鍋爐水，發(fā)生堿脆破裂對(duì)于非常稀的堿溶液，例如鍋爐水，發(fā)生堿脆破裂的主要原因是由于堿液被局部濃縮的結(jié)果，因此，的

9、主要原因是由于堿液被局部濃縮的結(jié)果，因此，對(duì)于這一類情況，防止堿脆破裂的主要措施是對(duì)于這一類情況，防止堿脆破裂的主要措施是防止防止堿的局部濃縮堿的局部濃縮，消除會(huì)引起堿的局部濃縮的內(nèi)表面，消除會(huì)引起堿的局部濃縮的內(nèi)表面缺陷，或者進(jìn)行水處理，使堿中和。例如用硫酸鹽缺陷，或者進(jìn)行水處理，使堿中和。例如用硫酸鹽進(jìn)行水處理，生成硫酸鈉，在堿沉積之前先沉積在進(jìn)行水處理，生成硫酸鈉，在堿沉積之前先沉積在鋼的表面，這樣可以防止?jié)饪s堿直接與鋼接觸鋼的表面，這樣可以防止?jié)饪s堿直接與鋼接觸1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.4 預(yù)防措預(yù)防措施施 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 對(duì)于焊接或冷加工的容器，殘余應(yīng)力對(duì)堿

10、脆的影響對(duì)于焊接或冷加工的容器，殘余應(yīng)力對(duì)堿脆的影響很大，因此，焊后或冷加工后，采用去應(yīng)力很大，因此，焊后或冷加工后，采用去應(yīng)力退火處退火處理理是防止堿脆破裂的有效途徑焊后去應(yīng)力退火溫是防止堿脆破裂的有效途徑焊后去應(yīng)力退火溫度不應(yīng)低于度不應(yīng)低于650涂層涂層1 1 碳鋼碳鋼SCCSCC 1.4 預(yù)防措預(yù)防措施施 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂加加緩蝕劑緩蝕劑是防止堿脆的又一重要措施是防止堿脆的又一重要措施出硫酸鈉可以防止鍋爐水的堿脆破裂。硫酸鈉與鍋出硫酸鈉可以防止鍋爐水的堿脆破裂。硫酸鈉與鍋爐水總的堿度對(duì)于防止堿脆的最佳比例為爐水總的堿度對(duì)于防止堿脆的最佳比例為 碳鋼在金屬溫度小于46時(shí)不會(huì)

11、出現(xiàn)腐蝕性開(kāi)裂。在46到82 范圍之內(nèi)，開(kāi)裂敏感性使堿液濃度的函數(shù)。超過(guò)82 ，開(kāi)裂敏感性也是堿液濃度的函數(shù)。對(duì)于所有見(jiàn)濃度超過(guò)5%（wt）的情況開(kāi)裂具有高度的可能性。盡管開(kāi)裂敏感性在堿濃度小于5%時(shí)非常低，但是存在高溫情況時(shí)（接近沸騰）會(huì)產(chǎn)生局部的濃縮而增加開(kāi)裂的敏感性。對(duì)每英寸厚度在大約621下保溫1小時(shí)（最少一小時(shí)）的熱處理方法被證明是一種對(duì)碳鋼有效的防止堿腐蝕開(kāi)裂的消除應(yīng)力熱處理方法。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂典型事例典型事例二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂SCC- case-碳鋼堿脆碳鋼堿脆-催化余熱鍋爐換熱器管板催化余熱鍋爐換熱器管板腐蝕速率確定腐蝕速率確定 見(jiàn)圖12-4純堿

12、腐蝕曲線二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂選材與措施選材與措施 煉油廠通常使用堿中和硫化氫，儲(chǔ)罐和管線采用碳鋼材料。由于發(fā)生堿腐蝕場(chǎng)合主要在設(shè)備內(nèi)溫度高和濃縮處，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與對(duì)制造有特別要求，同時(shí)精心操作可避免腐蝕。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂2 2 碳鋼硝脆碳鋼硝脆 1 現(xiàn)象 低碳鋼在硝酸鹽溶液中發(fā)生的腐蝕破裂是典型的電化學(xué) 型應(yīng)力腐蝕破裂，而且只有低碳鋼在硝酸鹽中才會(huì)發(fā)生這種 典型的應(yīng)力腐蝕破裂。 早在1921年就有關(guān)于在硝酸銨生產(chǎn)中的貯罐及蒸發(fā)器 發(fā)生腐蝕破裂的報(bào)道。著名的美國(guó)俄亥俄河吊索橋吊纜的破 壞，也是屬于硝鹽破裂 在HAZ起裂，沿焊縫或垂直擴(kuò)展，穿晶。 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

13、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂2 2 碳鋼硝脆碳鋼硝脆 2 機(jī)理 低碳鋼硝鹽破裂基本上是屬于陽(yáng)極開(kāi)裂型的應(yīng)力腐蝕破裂pH值212均會(huì)開(kāi)裂，產(chǎn)生SCC電極電位非常寬，可達(dá)2000mV 二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 煉油廠凡和煙氣接觸的設(shè)備，在冷凝溫度下有水的存在，都有可能出現(xiàn)硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。硝酸根來(lái)自原料中的氮化物或高溫下燃燒生成的NOx。加熱爐、鍋爐、FCC裝置再生器系統(tǒng)、硫磺回收裝置的焚燒爐等爐壁，熱回收系統(tǒng)都處于這個(gè)環(huán)境。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂2 2 碳鋼硝脆碳鋼硝脆 3 影響因素 化學(xué)成分 鋼中的碳，對(duì)硝鹽破裂有很大的影響。硝鹽斷裂時(shí)間隨含碳量的減少而

14、， 但170，國(guó)內(nèi)早期觀念是低于100，其他措施有操作盡可能降低煙氣中的氧含量。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂2 2 碳鋼硝脆碳鋼硝脆2 2 碳鋼硝脆碳鋼硝脆 4 案例二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂催化裂化三旋催化裂化三旋-碳鋼硝脆碳鋼硝脆3 3 碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂 碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂是在含堿性的含有中高濃度碳酸鹽的酸水、拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)的共同作用下導(dǎo)致開(kāi)裂。裂紋主要產(chǎn)生在晶間，較典型地出現(xiàn)在焊接制造制品中，裂紋成非常細(xì)的網(wǎng)狀分布，而且裂紋中充滿氧化物。二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂3 3 碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂斷面收縮率的斷面收縮率的“谷區(qū)谷區(qū)”，即出，即出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂敏感的區(qū)域，其敏感的區(qū)域，其電位區(qū)為電位區(qū)為475mV625mV，最低的對(duì)應(yīng)的電最低的對(duì)應(yīng)的電位為位為550mV這這個(gè)應(yīng)力腐蝕斷裂個(gè)應(yīng)力腐蝕斷裂敏感的電位敏感的電位3 3 碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂碳酸鹽腐蝕開(kāi)裂二二. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，正是圖正是圖322中中動(dòng)電位的陽(yáng)極極動(dòng)電位的陽(yáng)極極化曲線上不穩(wěn)定化曲線上不穩(wěn)定鈍化的電位區(qū)，鈍化的電位區(qū)，即活化即活化鈍化轉(zhuǎn)鈍化轉(zhuǎn)變的電位區(qū)變的電位區(qū)4 4 典型事列典型事列