不銹鋼壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂

1、不銹鋼壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂前言：目前，應(yīng)力腐蝕裂紋已成為工業(yè)（特別是石油、焦化行業(yè)的壓力容器）中越來越突出的問題。據(jù)統(tǒng)計，壓力容器設(shè)備中的焊接結(jié)構(gòu)，破壞事故主要是由腐蝕而引起的脆化，如應(yīng)力腐蝕裂紋、腐蝕疲勞及氫損傷或氫脆等，其中約半數(shù)為應(yīng)力腐蝕裂紋。但由于應(yīng)力腐蝕裂紋多發(fā)生在壓力容器工作后的一段時間，很多壓力容器制造企業(yè)只注意出廠前的射線合格率，沒有在腐蝕方面給與足夠重視，造成泄露事故時有發(fā)生。一、產(chǎn)品裂紋假設(shè)性分析2014年，公司一臺主體材質(zhì)S31603厚度10脫苯塔，開車僅3個月后發(fā)生微泄露，經(jīng)過公司間交涉，按相關(guān)法律法規(guī)，制定相關(guān)工藝對此設(shè)備進行修補，期間造成了很大的經(jīng)濟損失，事后高度重

2、視此問題，通過查閱公司檔案，整理相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)僅在2010-2013年間有3臺焦化行業(yè)用壓力容器出現(xiàn)此問題，圖1為2014年塔器的現(xiàn)場裂紋外貌，圖2為焊縫橫截面高倍顯微鏡圖。圖1圖2我公司這幾臺塔器主體材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼焊接時比較容易，一般不會發(fā)生冷裂紋，主要存在焊接熱裂紋、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、焊接接頭的脆化。因為熱裂紋主要發(fā)生在焊接過程中，塔器丁字接口100%寸線，射線合格，所以首先排除焊接熱裂紋，此幾臺塔器都為工作后接觸介質(zhì)產(chǎn)生的裂紋，所以提出以下假設(shè)理論：假設(shè)理論1:此裂紋是晶間腐蝕裂紋，那么貧銘理論及敏華溫度將是主要影響因素。此幾臺塔器主要材質(zhì)是S30408S3160

3、3工作溫度為350c附近，奧氏體不銹鋼的敏化溫度區(qū)間為560-700C,工作溫度未達到敏華區(qū)間，這幾臺塔器有1臺為S30408,其余為S31603,S31603為超低碳不銹鋼，含碳量小于0.03%,可以有效的防止貧銘層的形成，所以結(jié)晶裂紋的可能性比較小。假設(shè)理論2:此裂紋為接頭脆化引起的裂紋，那么N元素將是造成脆化的一個主要因素，但幾臺塔器的焊接方法為埋弧自動焊，是低氮、低氫的焊接方法，一般不會造成脆化，雖然Cr、Mo等元素有明顯的?；饔茫赟31603S30408中含量很低。假設(shè)理論3:此裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋，奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴重的實效形式，也是最為復雜難解

4、決的問題。應(yīng)力腐蝕的金相特征是裂紋從表面開始向內(nèi)部擴展，點腐蝕往往是裂紋的根源，裂紋的尖端常出現(xiàn)分枝，裂紋整體為樹枝狀，裂紋的端口呈龜裂狀，通過現(xiàn)場觀察2014年塔器的裂紋發(fā)現(xiàn)，裂紋蜿蜒曲折，裂紋在橫向和縱向上都有延伸，通過橫截面電子顯微鏡觀察，符合應(yīng)力腐蝕裂紋的開裂的可能性比較大。二、應(yīng)力腐蝕裂紋的概述1、應(yīng)力腐蝕裂紋的概念金屬材料在特定腐蝕環(huán)境下受拉應(yīng)力作用時，所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象，成為應(yīng)力腐蝕裂紋，亦成為SCC2、應(yīng)力腐蝕裂紋的特征從表面裂紋形貌看外觀常呈龜裂形狀，斷斷續(xù)續(xù)，而且在焊縫上以近似橫向發(fā)展的裂紋居多數(shù)。橫斷面上SCO如干枯的樹枝根須，由表面向縱深方向發(fā)展，裂口的深寬比大到幾十

5、至100以上，細長而尖銳，往往存在大量二次裂紋，即帶有多量分枝。從斷口微觀形貌分析，均為脆性斷口，常附有腐蝕產(chǎn)物或氧化物，斷口呈沿晶或穿晶,有時為混合型斷口3、應(yīng)力腐蝕裂紋的形成D純金屬一般不會產(chǎn)生SCC但凡是合金，即使含微量合金，在特定的環(huán)境下都有一定的SCC頃向。不過，不是在任何環(huán)境中都產(chǎn)生SCC奧氏體不銹鋼最易產(chǎn)生SCC的環(huán)境如表一表一合金腐蝕介質(zhì)奧氏體不銹鋼氯化物水溶液；海洋氣氛；海水；NaOK溫水溶液；WS水溶液；水蒸汽（260C）;高溫高壓含氧高純水；260cH2SO；限SO+CuSO水溶液;Na2CO+0.1%NaCl;NaCl+H2O水溶液2）形成應(yīng)力腐蝕裂紋的條件及開裂過程是

6、否產(chǎn)生SCC決定于三個條件：合金、介質(zhì)及拉應(yīng)力。三個條件同時具備時，經(jīng)過裂紋開始形核、擴展和破裂三個過程。孕育階段一形成局部性的最初腐蝕裂口，拉應(yīng)力起了主要作用，它使材料表面造成塑性變形，形成活化的滑移系統(tǒng)，局部地點產(chǎn)生“滑移階梯”，導致合金表面膜破壞,當錯位沿某一滑移面通過時，在表面上出現(xiàn)斷層，暴漏在腐蝕介質(zhì)中的金屬“階梯”因無保護而快速溶解，滑移的交點最容易腐蝕而成腐蝕坑。擴散階段一腐蝕裂口在拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的共同作用下，沿啟裂點向深處發(fā)展，也向橫向擴展（此為不銹鋼特有的特有的性質(zhì)）破裂階段一發(fā)展的最快的裂紋最終崩潰性發(fā)展，產(chǎn)生裂紋。4、影響應(yīng)力腐蝕裂紋的因素1）應(yīng)力的作用拉應(yīng)力的存在時S

7、CC勺先決條件，壓應(yīng)力不會引起SCC在沒有拉應(yīng)力存在時，通?？僧a(chǎn)生SCC的環(huán)境，但只能引起微不足道的一般腐蝕，般造成SCC的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力（焊接殘余拉應(yīng)力、組裝殘余應(yīng)力等）2）介質(zhì)的影響介質(zhì)的濃度與溫度對SC5成有影響，銹鋼最易產(chǎn)生SCC勺介質(zhì)如表一。三、產(chǎn)品裂紋淺析各人認為此類裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋可能性最大，有如下理由：1、通過產(chǎn)品裂紋假設(shè)性分析、應(yīng)力腐蝕裂紋的概述、相關(guān)觀察此裂紋的開裂特點與應(yīng)力腐蝕開裂的特點相似，主要特征為：龜裂形狀、尖端常出現(xiàn)分枝、裂紋整體為樹枝狀、裂紋在橫向和縱向上都有延伸等2、通過相關(guān)塔器檔案發(fā)現(xiàn)，此裂紋主要產(chǎn)生在丁子口附近。丁字口焊縫有錯變量大、焊接熱影響區(qū)重疊

8、、焊縫高凸等特點，這些特點將造成殘余應(yīng)力集中。殘余應(yīng)力是應(yīng)力腐蝕裂紋開裂的三條件之一。3、通過相關(guān)檔案發(fā)現(xiàn)，此幾臺塔器的介質(zhì)含有高溫水蒸氣、少量的硫化氫等，這些介質(zhì)將加大應(yīng)力腐蝕開裂的敏感程度。4、水壓試驗后，吹掃不徹底。壓力容器液壓試驗一般都為臥式試壓，在丁字口處很容易出現(xiàn)水存現(xiàn)象，一般壓力容器制造廠水壓試驗后都采用自然風干，在封閉的容器內(nèi)可能需要幾天或者幾個月來風干，水中Cl-長期存在造成了應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增大。通過以上分析各人認為此裂紋應(yīng)為應(yīng)力腐蝕裂紋。四、防治措施1、合理設(shè)計焊接接頭，避免腐蝕介質(zhì)在焊接接頭部位集中，降低或消除焊接接頭的應(yīng)力集中。例如避免強行組裝、控制錯口量等。2、盡量降低焊接殘余應(yīng)力，選擇合理的焊接工藝使焊道成形良好。3、合理選擇焊接材料，保證接頭組織均勻。4、采用合理工藝