化工設備腐蝕防護

優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔化工設施腐化與防備

艾志斌

合肥通用機械研究所

金屬資料腐化知識概括

腐化分類

a、按腐化機理分類：

電化學腐化、化學腐化

b、按腐化破壞形式分類：

平均腐化、局部腐化

局部腐化：點蝕、縫隙腐化、電偶腐化、晶間腐化、應力腐化、氫致開裂、氫腐化、腐化疲倦、磨損腐化、成分選擇性腐化等

c、按腐化環(huán)境分類：

高溫腐化、濕腐化、土壤腐化、積淀腐化、堿腐化、酸腐化、釩腐化、氧腐化、鹽腐化、環(huán)烷酸腐化、氫腐

蝕、硫化氫腐化、連多硫酸腐化、海水腐化、硫化氫-氯化氫-水型腐化、硫化氫-氫型腐化、硫化氫-氧化物-水型腐化等

金屬電化學腐化原理與陰陽極反響

放入水或其他電解質中

有電極電位差存在

按伽凡尼電位序

鉀(K)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鋁(A1)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、钖(Sn)、鋁(Pb)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉑(Pt)、金(Au)

可能致使電位差的要素

不相同資料、同一資料內的化學或物理性質不平均（成分偏析、金相組織差別、節(jié)余應力（焊接、冷變形））

典型的陰極反響:酸性水溶液中2H++2e-——H2在酸性水溶液中有溶解氧存在時2H++1/2O2+2e-——H2O在脫氣的堿性溶液中H2O+e-——1/2H2+OH-在含氧的堿性溶液中H2O+1/2O2+2e-——2OH-溶液中存在高價金屬離子CuCu2++2e-——Cu有機化合物的復原RO+4e-+4H+——RH2+H2OR+2e-+2H+——RH2溶液中的氧化性酸或負離子復原NO3+2H-+e-——NO2+H2O

化工設施常有的電化學腐化種類

1.點蝕

點蝕現(xiàn)象

孔蝕是高度局部的腐化形態(tài)。金屬表面的大部分不腐化或腐化略微,只在局部發(fā)生一個或一些孔?？子写笥行?，一般孔表面直徑等于或小于孔深。

點蝕機理：

Cl、Br、I使鈍化膜破壞、電位差、閉塞電池、PH值下降、Cl離子進入、HCl形成等

防備點蝕的舉措：

1、含Mo不銹鋼

2、酸洗鈍化

3、防備死角、保證介質流動順暢

碳鋼的點蝕現(xiàn)象

鋁的點蝕現(xiàn)象

2.縫隙腐化

現(xiàn)象：一種特其他點蝕現(xiàn)象,常和孔穴、墊片底面、搭接縫、表面聚積物、螺栓帽和鉚釘下的縫隙中存儲的少量靜

止溶液相關。

不銹鋼對縫隙腐化特別敏感

機理：

Evans理論——內外金屬離子濃度差形成濃差電池

Fontane-Greene——氧濃差理論，縫隙內外氧的濃度差形成濃差電池作用。縫隙內局部優(yōu)先溶解，發(fā)生陰極和

陽極反響。氧耗資使縫隙內陰極反響受控制，生成的OH-減少，Cl-補充進入縫隙——生成金屬鹽——水解生成鹽酸——pH值降低——腐化加劇

防備縫隙腐化的舉措

與點蝕相同

3.電偶腐化

機理：兩種不相同電位金屬電極組成的宏觀原電池的腐化電位高的成為陽極，腐化加劇。電位低的為陰極，腐化減

輕。

減少電偶腐化傾向的舉措

1、采用電位差小的金屬組合

2、防備小陽極、大陰極，減緩腐化速率

3、用涂料、墊片等使金屬間絕緣

4、采用陰極保護

4.晶間腐化

奧氏體和鐵素體不銹鋼特有的一種腐化形式

在晶界及周邊地區(qū)發(fā)生選擇性腐化主要危害——使金屬破碎、強度喪失

1Cr18Ni9晶間腐化Inconel800晶間腐化

5.應力腐化破碎

資料在應力和腐化介質共同作用下的破碎，簡稱SCC(StrainCorrosioncrack)

三個必要條件——應力（一般指拉應力）、腐化介質、敏感的資料重要影響要素——溫度、介質組分、資料成分、微觀組織狀態(tài)、應力應力根源——工作載荷、焊接節(jié)余應力、冷變形應力、熱應力等

開裂特點——與主要的應力源應力方向垂直、在擴展過程中一般會發(fā)生疏叉現(xiàn)象6.氫致開裂

濕硫化氫環(huán)境下的一種鋼的傷害形式

機理：在濕硫化氫環(huán)境中鋼發(fā)生電化學腐化過程中產(chǎn)生的氫原子進入鋼中

屬夾雜物與金屬基體的界面)齊聚成氫分子，使局部壓力高升到104MPa

,并在鋼的內部弊端部位

(主若是非金

煉油裝置中簡單發(fā)生氫致開裂的設施：

汽油牢固蒸餾塔頂冷凝器、加氫脫硫裝置中的成品冷卻器、汽提塔塔頂冷凝器、油田集輸油管線氫致開裂的特點

主要在塑性夾雜物部位開裂、裂紋有分段、并平行于鋼板表面等特點。

7.氫腐化和高溫傷害

機理：鋼裸露于高溫高壓氫環(huán)境中，氫吸附、浸透及擴散等過程進入鋼的內部，并于鋼種的碳元素發(fā)生化學反響，生成甲烷（CH4），同時使鋼的的局部發(fā)生脫碳現(xiàn)象。隨著甲烷氣體在微觀弊端部位（主若是晶界處）的齊聚，致使內

壓高升并惹起裂紋的產(chǎn)生。

化學反響式：Fe3C+4H=3Fe+CH4

氫腐化的判斷：奈耳遜曲線（1997年版）發(fā)生的條件：溫度、氫分壓

微觀特點：表面——脫碳現(xiàn)象

內部——局部脫碳現(xiàn)象、晶界裂紋

典型裝置——合成氨裝置中的氨合成塔

8.腐化疲倦

在交變應力和腐化介質共同作用下發(fā)生的破壞

主要在振動部件如：泵的軸、桿、螺旋漿軸、油氣井管以及承受交變熱應力的換熱器管和鍋爐管上發(fā)生

斷口特點：宏觀斷口與疲倦斷口有必然相似性，但斷口上可見明顯的腐化產(chǎn)物存在。裂紋越深、缺口效應越嚴重，尖端應力水平上升，腐化電位高升，腐化加劇等。

不銹鋼在任何腐化介質中均可產(chǎn)生腐化疲倦

由于鋼強度提高，不銹鋼疲倦斷裂消失或壽命延長，則可判斷原斷裂為機械疲倦；

若是提高了鋼的耐蝕性或消除了腐化介質的作用后，不銹鋼疲倦斷裂消失或壽命延長，則可判斷原斷裂為腐化疲

勞。腐化疲倦既能夠是僅有一條裂紋，也能夠有多條裂紋并存

(多處成核

)

依照斷口特點能夠正確的把應力腐化與腐化疲倦差別開來

并多呈鋸齒狀和臺階狀；微觀上裂紋一般沒有分支且裂紋尖端較鈍

9.磨損腐化

流動的腐化介質對金屬表面即發(fā)生腐化作用，又存在機械沖刷的條件下致使的金屬破壞。

主要原因是鈍化膜的破壞

高速、湍流、氣泡及固體粒子加速磨損腐化

硫酸露點腐化

含硫煙氣中的SO3冷凝后生成硫酸造成的腐化。

低濃度硫酸為復原性酸

腐化形式主若是平均腐化

化學腐化

1.高溫氧化——金屬在高溫及環(huán)境中的氧作用下生成金屬氧化物的過程廣義的氧化——金屬失去電子后化合價高升的現(xiàn)象

惹起高溫氧化的介質——O2、CO2、H2O、SO2、H2S等

2.高溫硫化——高溫氧化的特別形式

金屬在含硫介質和高溫共同作用下生成金屬硫化物的過程。

3.滲碳

在高溫及含碳的環(huán)境氣氛（如CO和烴類）中，環(huán)境中的碳化物在與鋼接觸時發(fā)生疏解并生成游離碳，使鋼

表面的氧化膜破壞，并浸透鋼中生成碳化物的現(xiàn)象。一般在表面發(fā)生，碳的濃度在表面最大。乙烯裂解爐爐管和合成氨裝置的轉變爐爐管有次現(xiàn)象發(fā)生。

4.脫碳

主要發(fā)生在珠光體型的碳鋼和低合金鋼上

在高平易介質環(huán)境中的O2、H2O、H2作用下發(fā)生在碳鋼和低合金鋼中的一種鋼的表面脫碳現(xiàn)象。

脫碳會造成：表面硬度降低、疲倦極限下降

化工設施的應力腐化應力腐化的定義及發(fā)生三要素敏感的金屬;

特定的腐化介質;

3)應力(一般指拉應力，壓應力？應力根源主要為焊接和冷變形節(jié)余應力。應力會集的影響？)

對于應力的描繪1)只要能使晶面滑移的應力就能惹起應力腐化;各樣弊端：設計不當、機械和電弧傷害、熱辦理不當形成的表面裂紋、焊接弊端（咬邊、未熔合、未焊透、缺肉等）統(tǒng)計結果表示，應力腐化開裂事件中

80%是節(jié)余應力造成的，工作載荷造成的僅占

20%。工作載荷造成應力腐化

開裂經(jīng)常和設計不當相關。

對于介質與環(huán)境要素的描繪

介質濃度的影響(對奧氏體不銹鋼)

介質根源(污染、殘留)

平均濃度與局部濃縮

介質狀態(tài)(氣液交替)

構造要素（死角、縫隙）對于資料要素的描繪

產(chǎn)生應力腐化開裂的資料和環(huán)境組合

材料環(huán)境NaOH溶液、NaOH-Na2SiO3溶液，硝酸鹽溶液，HCN溶液，CO+CO2+H2O溶液，碳鋼及低合金鋼+HCOCO+HCN+HS+NH，液氧，HS溶液，海水，混酸（HSO+HNO）CO-2223224333氯化物溶液，海水，高溫水，NaOH溶液連多硫酸，HCl，H2SO4+NaCl奧氏體不銹鋼H2S溶液

海水、NaCl溶液，NaCl+H2O溶液，NaOH溶液、NH3溶液，硝酸、硫酸，馬氏體不銹鋼H2SO4+HNO3溶液，H2S溶液，高平易高壓水，高溫堿

蒙乃爾75%NaOH的沸騰溶液，有機氯化物，汞化合物，大于427℃蒸汽，HF鎳基合金熔融NaOH，HCN+雜質，260℃以上的硫，427℃以上的蒸汽HF，NaOH溶液（260～427℃）水蒸氣+SO，高濃度NaS水溶液，濃因科乃爾合金22縮的鍋爐水鈦、鈦合金海水、鹽水、有機酸、熔融NaOH，鹽酸、硫化鈾，三氯乙烯，紅色硝酸

1.碳素鋼化工設施的應力腐化開裂

常用碳素鋼如：10號、20號、20g、Q235等強度低，焊接熱影響區(qū)脆硬傾向小，發(fā)生應力腐化開裂的幾率較低。

主要介質：

硝酸鹽溶液、液氨、濕硫化氫、氫氰酸

2.低合金鋼化工設施的應力腐化開裂

化工設施常用低合金鋼有：16MnR、15MnVR、18MnMoNb、07MnCrMoVR等主要的應力腐化開裂發(fā)生在濕硫化氫介質中

氫致開裂與應力腐化的差別

3.鉻鎳奧氏體不銹鋼化工設施惹起Cr-Ni奧氏體不銹鋼晶間型應力腐化的介質和條件介質資料的熱辦理狀態(tài)備注四硫酸鉀(K2S4O6)敏化態(tài)水中僅含2ppm，室溫下也可產(chǎn)生連多硫酸敏化態(tài)室溫下也可產(chǎn)生僅含氧的高溫水固溶態(tài)比方，288℃開水核反響堆條件下pH>10的堿性高溫水固溶態(tài)當有縫隙存在時含NaOH的高溫水固溶態(tài)比方，316℃時的10%和45%NaOH硫酸+Clˉ水溶液固溶態(tài)在室溫下也可產(chǎn)生含Clˉ的中性水敏化態(tài)即使室溫下也能產(chǎn)生含Clˉ的高溫水敏化態(tài)比方，在250~350℃時含F(xiàn)ˉ的水敏化態(tài)室溫下，僅2ppmFˉ也可產(chǎn)生硝酸+Clˉ的水溶液敏化態(tài)海洋和工業(yè)大氣敏化態(tài)

應力腐化開裂的機理

機械化學假定

機械作用——使保護膜破碎，金屬活化（形成陽極）

化學作用——電化學腐化（陽極溶解、陰極析氫）

應力腐化的機理很復雜，依照左景伊提出的理論，破碎的發(fā)生和發(fā)展可區(qū)分為三個階段：①金屬表面生成鈍

化膜或保護膜;②膜局部破碎，產(chǎn)生蝕孔或裂縫源;③裂縫內發(fā)生加速腐化，在拉應力作用下，以垂直方向深入金屬內部。

應力腐化系統(tǒng)概貌

“滑移階梯”表示圖

a）金屬表面生成一層保護膜；（b）金屬在拉應力的作用下產(chǎn)生“滑移”變形；?c）金屬產(chǎn)生較大的“滑移階梯”周邊保護膜拉破

應力腐化裂紋面貌特點

分叉、樹根狀

泥狀花式、二次裂紋、扇形花式、準解理（或沿晶）等

16MnR在硝酸鹽中的應力腐化斷口奧氏體不銹鋼的沿晶應力腐化斷口

石油化工化工設施腐化破碎的六種重要形式

濕硫化氫應力腐化開裂

在堿溶液中的應力腐化開裂(堿脆)

在液氨中的應力腐化開裂

在CO-CO2-H2O環(huán)境中的應力腐化開裂

氯化物應力腐化開裂

連多硫酸應力腐化開裂

濕硫化氫應力腐化開裂

濕硫化氫對容器的傷害過程以下：

硫化氫在水中發(fā)生水解反響：

2S—H++HS-

H++S--水解后的硫化氫水溶液與鋼的表面接觸所發(fā)生電化學反響，反響過程以下：陽極反響：Fe→Fe+++2e陽極反響的二次過程：F+++S--→FeS

陰極反響：2H++2e→2H+H2↑2H（浸透）

種表現(xiàn)形式：

1）氫鼓泡（HB）

2）氫致開裂（HIC）

3）應力導向氫致開裂（SOHIC）

4）硫化氫應力腐化開裂（SSCC）1）氫鼓泡（HB）

氫鼓泡是鋼中的一些平坦的、充滿氫的、不連續(xù)的空洞（如：氣孔、夾雜、分層、硫化物夾雜）。鼓泡經(jīng)常

產(chǎn)生在軋制厚鋼板中，特別是那些由于硫化物夾雜被拉伸后而產(chǎn)生的帶狀微觀構造。由于氫鼓泡而惹起的對HIC

的敏感性主要與厚鋼板的鋼中所含有的雜質相關，硫含量越高的鋼越簡單發(fā)生氫鼓泡。降低鋼的硫含量能夠減少

鋼對氫鼓泡和對HIC的敏感性。加入鈣或稀土來控制硫化物數(shù)量和形狀有利于降低HIC敏感性。

氰化物能夠加劇氫浸透到鋼材中（所以氰化物也稱為毒化劑）

2）氫致開裂（HIC）

金屬內部不相同平面上或金屬表面的周邊的氫鼓泡（HB）的相互連結而漸漸形成的內部開裂稱為氫致開裂

（HIC）。形成HIC不需要有外面作用壓力。開裂的驅動力是由于氫鼓泡內部壓力的累積而在氫鼓泡周圍形成的高

壓。即使僅含有50ppmH2S這樣低濃度的水溶液也發(fā)現(xiàn)足以惹起HIC

3）應力導向氫致開裂（SOHIC）

SOHIC就是大量的小的鼓泡由于氫致開裂在局部的高拉應力作用下在鋼板厚度方向上的連通。SOHIC是HIC

的一個特別形式，經(jīng)常出現(xiàn)在母材的焊縫和熱影響區(qū)周邊，由于在內壓和焊后節(jié)余應力的結合作用下，在此處產(chǎn)生了最大的拉應力。PWHT能夠減少SOHIC的產(chǎn)生和嚴重程度，但不能夠完好防備。

4）硫化氫應力腐化開裂（SSCC）

硫化物應力腐化平常簡單發(fā)生在高強度（高硬度）鋼的焊接熔合區(qū)或低合金鋼的熱影響區(qū)處。

對SCC的敏感性與浸透到鋼材內的氫的量相關，這主要與PH值和水中的H2S含量這兩個環(huán)境要素相關。人們

發(fā)現(xiàn)鋼中的氫溶解量在PH值湊近中性的溶液中最低，而在PH值較低和較高的溶液中較高。在較低PH值中的腐

蝕原因是由于H2S，反之在高PH值中腐化是由于高濃度的二硫化物離子。若高PH值溶液中存在氰化物能夠加劇氫浸透到鋼材中。當前已知鋼材對SCC的敏感性隨H2S含量（H2S在氣相中的分壓，或液相中的H2S含量）的增加而增大。H2S含量為1ppm這樣小濃度的水中也發(fā)現(xiàn)對SCC有敏感性。

在堿液中的應力腐化開裂

堿應力腐化開裂(也稱為堿脆)是指金屬在拉應力和介質中的NaOH共同作用下產(chǎn)生的陽極溶解型開裂。堿應力腐化開裂主要在碳鋼和低合金鋼設施上出現(xiàn)。堿應力腐化裂紋主要產(chǎn)生在晶間。碳鋼和低合金鋼的堿腐化開裂

敏感性主要由堿液的濃度、金屬溫度和拉應力水平所決定。堿應力腐化開裂一般需要長達幾年時間后才會出現(xiàn)，但若是增加堿液濃度或金屬溫度以加速開裂速度則也有可能在幾天內發(fā)生。

碳鋼在金屬溫度小于46℃時不會出現(xiàn)腐化性開裂。在46℃到82℃范圍之間，開裂敏感性是堿液濃度的函數(shù)。

高出82℃，開裂敏感性也是堿液濃度的函數(shù)。堿濃度（wt）高出2%時，就有可能發(fā)生應力腐化開裂。堿濃度（wt）

高出5%時，發(fā)生堿應力腐化開裂的概率特別大。堿濃度小于5%時開裂敏感性相對較低，可是若是存在局部堿液

濃縮條件則開裂的敏感性明顯增加。

碳鋼使用在氫氧化鈉溶液中的溫度與濃度的極限在液氨中的應力腐化同時具備以下條件的屬氨應力腐化開裂的典型環(huán)境：到O或CO的污染(N也是必要的)；222

1）介質為液態(tài)氨，其中的含水量低于

0.2%并有可能受

2）介質溫度高于-5℃。

對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，進而可基本上防備斷裂的發(fā)生，但抗衡拉強度高于800MPa的調質高強鋼，加水不能夠完好控制裂紋的產(chǎn)生。

氨應力腐化裂紋屬陽極溶解型，并一般是穿晶形式擴展。

在CO-CO2-H2O環(huán)境中的應力腐化開裂發(fā)生的裝置：

合成氨、制氫的脫碳系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、氣瓶等機理：CO2溶于水后生成碳酸，pH值下降致，再通入

應力致使滑移形成臺階，新鮮金屬裸露，成為陽極，吸附

CO

可起緩蝕劑的作用阻攔了全面腐化的發(fā)生；

CO的表面成為陰極，陽極發(fā)生溶解，應力腐化開

裂發(fā)生

5.氯化物應力腐化開裂（ClSCC）

ClSCC一般發(fā)生在金屬溫度高于（~65℃）的情況下。

對ClSCC最敏感的是含Ni8%的奧氏體不銹鋼（如300SS系列，304，316等）。

氯化物SCC的微觀面貌呈典型的穿晶及多分支特點。但有過沿晶應力腐化開裂的報道。

對于氯化物應力腐化開裂的5種假定

1）吸附理論——氯離子吸附在裂紋尖端

2）電化學理論——陽極溶解

3）膜破壞理論——鈍化膜破壞，局部溶解

4）腐化產(chǎn)物契入理論——腐化產(chǎn)物契入裂紋尖端

5）氫脆理論——氫致開裂（馬氏體不銹鋼，形變引誘馬氏體）

裂紋特點

1、起自于不銹鋼表面且散布擁有明顯的局部性；

2、裂紋的走向與所受應力，特別是與節(jié)余應力有親密關系；

3、裂紋常呈龜裂細風干木材狀，裂紋周邊沒有塑性變形；

4、應力腐化裂紋的微觀面貌多為穿晶型，但也常有沿晶型和穿晶+沿晶混淆型；裂紋的寬度較??；

斷口面貌應力腐化的宏觀斷口多呈脆性斷裂。斷口的微觀面貌，穿晶型多為準解理斷裂，并常有河流，扇

形，魚骨，羽毛等花式；而沿晶型則多為冰糖塊狀花式。

連多硫酸應力腐化開裂連多硫酸（HSO）應力腐化開裂在催化裂化、脫硫、加氫裂化、催化重整裝置中簡單發(fā)生。2X6

在連多硫酸環(huán)境下，一些敏感資料（如18-8不銹鋼）在敏化熱辦理或近似敏化溫度的焊接熱影響區(qū)局部地區(qū)，會

由于晶界敏化，進而使資料晶間快速腐化和開裂。

裂紋總是在晶間出現(xiàn)和發(fā)展并且只要要相對較低的拉應力水平。

1）奧氏體不銹鋼設施在運行過程中由于硫化氫（H2S）的腐化在表面生成硫化鐵（FeS）。

2）停工、降溫并翻開設施后大氣中的水分和氧與腐化產(chǎn)物接觸反響生成連多硫酸，反響式為：

3FeS+5OFeO?FeO+3SO2232SO+HOHSO2223H2SO+1/2O2HSO324H2SO+FeSFeSO+HS442H2SO+HSmHSO+nS422x6中碳或高碳奧氏體不銹鋼如（304/304H和316/316H）的焊接熱影響區(qū)對SCC特別敏感。低碳含量（＜0.03%）在低于427℃情況下SCC的敏感性較低。含有牢固化元素的奧氏體不銹鋼如321（含Ti）和347（含Nb）經(jīng)牢固化熱處理后對PTA的SCC敏感性較低。依照NACERP01-70“煉油廠停工時期奧氏體不銹鋼設施連多硫酸應力腐化開裂的預防”標準中介紹的減少或除去PTA的方法，為了預防連多硫酸應力腐化的發(fā)生，應在停工此后立刻用堿性水或純堿溶液對設施進行沖刷，并在停工期間用干燥的氮氣吹掃設施以防備空氣進入。對應力腐化環(huán)境中使用的化工設施設計、制造、查驗的幾項要求1、NaOH溶液不進行焊后或冷成型后除去應力熱辦理的碳鋼和低合金鋼在NaOH溶液中的使用溫度上限表NaOH溶液中的使用溫度上限NaOH溶液（重量%）2351015203040506070溫度上限（℃）9088857670655448434038

2、濕H2S應力腐化

（1）腐化環(huán)境同時符合以下各項條件時即為濕

H2S應力腐化環(huán)境

1)溫度小于等于（

60+2P）℃

;P為工作壓力（表壓，

MPa）

2)H2S分壓大于等于0.00035MPa;(相當于在常溫水中的溶解度約10PPm)

介質中含有液相水或處于露點溫度以下；

4)pH值小于9或介質中有氰化物存在。

2）資料要求及限制

在濕硫化氫環(huán)境中使用的碳鋼和低合金鋼應符合以下各項要求

1)標準信服強度≤355MPa;

2)實測抗拉強度≤630MPa;

3)熱辦理狀態(tài)為：正火＋回火、退火、調質

4)碳當量：低碳鋼和碳錳鋼：≤0.44

低合金鋼：≤0.44（計算公式不相同）

5)硬度要求：低碳鋼：HV(10)≤220(單個值)

低合金鋼：HV(10)≤245(單個值)

6)厚度大于20mm的鋼板超聲II級合格。

（3）制造要求

1)冷變形

變形量不大于２％時不需要進行熱辦理

變形量2%~5%時進行消應辦理

變形量大于5%時應進行正火或退火辦理

2)熱辦理后不相贊同在接觸介質的一側打鋼印

（4）焊接要求

1)進行工藝評定；

2)盡可能采用低強度的焊接資料；

3)限制焊接接頭的硬度；4)熱辦理前對起弧和打弧點進行打磨

以上并表面探傷合格；

工藝評定試板焊縫應在接觸介質的一面進行硬度測試；

焊接接頭不得留下關閉的中間縫隙，必要時應設排氣空；

不得進行鐵素體鋼和奧氏體鋼的異種鋼焊接。

5）焊后熱辦理

原則上應盡可能進行熱辦理；

熱辦理溫度盡可能取規(guī)范贊同的上限；

3)盡可能在爐內進行整體熱辦理（特別對帶有接收的容器筒節(jié)）；4)實在無法進行熱辦理的應采用接頭硬度不大于HB185的工藝施焊。濕H2S嚴重腐化環(huán)境

容器工作條件符合以下條件時為濕H2S嚴重腐化環(huán)境

工作壓力大于1.6MPa;

H2S-HCN共存，且HCN大于50ppm;

pH≤9。

在濕H2S嚴重腐化環(huán)境使用的化工設施用材的特別要求：

化學成分S≤0.003%P≤0.025%

板厚方向的斷面縮短率（Z向拉伸）:

φ≥35%(三個試樣平均值)

φ≥25%(單個試樣最低值)

必定進行焊后熱辦理。

防備奧氏體不銹鋼應力腐化開裂的舉措

1）降低應力熱辦理——防備敏化現(xiàn)象發(fā)生（牢固化、固溶）錘擊、噴丸——造成節(jié)余壓應力狀態(tài)2）資料選擇——采用含Ti、Nb的不銹鋼3）調整焊縫金屬的合金系統(tǒng)——獲得合適的奧氏體+δ鐵素體的組織構造，加入：Ni、Si、Mo等元素表焊后熱辦理對節(jié)余應力的影響（0Cr18Ni11Nb）熱辦理-650℃650℃650℃900℃1000℃4小時12小時36小時2小時1小時節(jié)余應力100~94~11910700（N/mm2）127105

噴丸辦理對18-8鋼應力腐化開裂的影響

1—噴丸辦理2—未噴丸辦理

化工設施應力腐化傾向的展望與查驗

1）介質、環(huán)境情況——特點、溫度、濃度、

2）資料情況——選材可否合理

3）熱辦理情況——可否進行、方法、范圍

4）歷次查驗情況——客觀事實

化工設施應力腐化實例

液氨對碳剛和低合金鋼的應力腐化

美國：儲運容器3年后，3%發(fā)生應力腐化開裂

日本：1959~1972造的液氨球罐80%有應力腐化裂紋

我國：70年代多次發(fā)生液氨儲罐應力腐化開裂事故

液氨容器用鋼的強度越高，產(chǎn)生應力腐化裂紋的傾向就越大。綜合國內外相關液氨貯罐的檢查資料能夠看出，信服強度高于320MPa的鋼材焊制的液氨貯罐，幾乎全部都發(fā)現(xiàn)有應力腐化裂紋；而信服強度低于220MPa的低

碳鋼貯罐，只有很少幾臺存在少量的應力腐化裂紋。

硫化氫對鋼制化工設施的應力腐化

對硫化氫應力腐化起促使作用的要素很多，如鋼材的組成、強度、硬度、硫化氫濃度、溶液的pH值、工作溫度、節(jié)余應力等。一般說來，鋼中的S、Ni、H含量越多，鋼的強度、特別是它的硬度越高，就越簡單受硫化氫的應力腐化。工作介質中硫化氫含量越高，溶液的pH值越小，就越簡單產(chǎn)生應力腐化裂紋。溫度對硫化氫應

力腐化的影響，以20℃左右最為敏感，高升或降低溫度對減弱硫化氫的應力腐化都比較有利。在應力要素方面，除薄膜應力外，主若是焊接節(jié)余應力、強行裝置組焊惹起的附加應力等。

高濃度的硫化氫及水分與高強度鋼焊縫區(qū)的淬硬組織，以及高的局部應力，組成了易于發(fā)生硫化氫應力腐化環(huán)境的特別組合。

熱堿對鋼制化工設施的應力腐化

化工設施的工作介質中，若是含有必然濃度的氫氧化鈉溶液，在溫度較高的特定環(huán)境中，會惹起碳鋼或合金

鋼的應力腐化，這種應力腐化一般要同時具備三個條件，即高的溫度、高的堿濃度和拉伸應力。對于堿液濃度，

試驗認為，濃度為10%的氫氧化鈉溶液能夠惹起堿脆，而5%的濃度則不能能。惹起堿液應力腐化的拉伸應力，

能夠是外應力，也能夠是內應力，也許是兩者的結合作用。

經(jīng)過分析，確認高壓釜斷裂主若是由應力腐化裂紋惹起。誠然釜內的氫氧化鈉溶液濃度僅為5%，可是在內

壁的突臺處完好能夠造成氫氧化鈉的富集，即在此處有可能存在局部高濃度的堿液。而釜體在此處的橫截面突變，

又產(chǎn)生較大的應力會集，使筒體在較高的軸向拉伸應力（因應力會集惹起）和較高濃度的高溫堿液（因富集惹起）

作用下產(chǎn)生應力腐化斷裂。

一氧化碳等惹起的應力腐化

近來幾年來，國內外都先后發(fā)生過盛裝一氧化碳、二氧化碳混淆氣體的容器（氣瓶）的破碎爆炸事故，這也是由

應力腐化而產(chǎn)生的容器腐化破碎。

在平常的情況下，一氧化碳能夠被鐵吸附，在金屬表面形成一層保護膜?？墒怯捎跉馄繉掖味啻蔚某錃猓勘谏系慕蛔儜κ惯@層保護膜碰到破壞，于是在保護膜被破壞的地方，因二氧化碳和水的作用，使鐵發(fā)生快速陽極溶解，并形成向縱深方向擴展的裂紋。實考證明，在無水的一氧化碳氣體中，不存在鋼的應力腐化現(xiàn)象。

氯離子惹起的不銹鋼容器的應力腐化

在實質產(chǎn)生過程中，這種應力腐化經(jīng)常是由于錯誤操作而惹起的。比方化纖織物染色時，用氯化鈉作為助劑

加入高溫高壓染色機中致使應力腐化。有些設施其實不是在正常操作條件下被腐化破壞，而是在停止運行時期由于

含有氯化物的溶液冷凝和濃縮而產(chǎn)生應力腐化。外國曾報道過不銹鋼設施在停車時期，由于殘留5%氯化物冷凝液，所以產(chǎn)生應力腐化，并造成設施泄露的例子。也有些化工設施由于用含氯離子較高的水作水壓試驗，結果放

水后殘留的液體被濃縮而產(chǎn)生應力腐化。

氯離子惹起的奧氏體不銹鋼的應力腐化，其裂紋平常都是穿晶型的，并且多半是分枝狀裂紋。6.低合金高強鋼的應力腐化

（1）天津石化企業(yè)石化二廠

1000m3丙烯球罐的應力腐化開裂

該球罐組裝后未進行整體熱辦理。其設計壓力、主體材質為07MnCrMoVR、規(guī)φ12300×36mm。1996年

1

月投入使用，1998年5月該球罐因混裝H2S嚴重超標的粗丙烯（H2S含量達上千ppm），在很短的時間內上溫帶縱縫出現(xiàn)穿透性裂紋而泄露，開罐檢查發(fā)現(xiàn)球罐內壁有數(shù)百條典型的應力腐化裂紋。2）寧夏化工廠甲醇水分別器的應力腐化開裂

甲醇水分別器操作壓力為，操作溫度為50~－40℃。介質主若是H、CO、CO、CHOH等。規(guī)格為φ1800×44×4300mm，材質為07MnNiCrMoVDR。1996年初投223

用。1996年10月2日該設施在正常操作運行時發(fā)生突發(fā)性爆炸起火。經(jīng)分析：誠然裂紋是在下筒節(jié)鼓肚區(qū)附

近擁有密集氣孔的長度×深度為240×30mm的迂腐斷口前沿15mm處啟裂，并沿HAZ粗晶區(qū)擴展，可是在設施鼓

肚前鋼材已存在嚴重的應力腐化傷害，查驗表示：沿縱縫近縫區(qū)以鼓肚部位為中心的殘片斷面內表面存在長約1m、

深3~6mm的晶間開裂。這是因介質中的H2S含量嚴重偏離設計要求（小于50ppm），有時達到1000ppm。

（3）上海寶鋼650m3無水液氨球罐的應力腐化裂紋

該球罐的設計壓力：，規(guī)格φ10700×44mm，材質07MnCrMoVR，工作介質為無水液氨。1998年

4月投入運行。1999年3月開罐查驗發(fā)現(xiàn)：內表面焊縫有3條裂紋，熱影響區(qū)有1條裂紋，母材有17處裂紋

（4）大慶石化企業(yè)1500m3丙烯球罐的裂紋

該球罐規(guī)格：φ14300×44mm，材質：07MnCrMoVR，1999年4月投入使用。2001年11月進行開罐查驗時

發(fā)現(xiàn)：下極板有三條長30~40mm、深1mm的裂紋，取樣管角焊縫內壁有一處75×4mm的表面裂紋（初步判斷

為應力腐化裂紋），打磨至4mm時除去。

奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐化

概括

原因——由于焊接接頭的化學成份不平均，各部分存在電極電位差；組織不平均，各部分耐蝕性能有差別；

加上焊接節(jié)余應力的影響以及載荷下焊接接頭形狀惹起的應力會集的影響，使得焊接接頭成為化工設施上易發(fā)生

腐化的單薄部位。

焊接接頭比母材更簡單腐化的現(xiàn)象在碳鋼和不銹鋼中都是存在的，只可是發(fā)生在不銹鋼焊接接頭上的腐化現(xiàn)

象更明顯，結果也更嚴重。

典型種類——主若是晶間腐化和刀狀腐化。

焊縫及熱影響區(qū)的電極電位

焊縫區(qū)是一對接觸電池。由于不相同的金屬資料接觸在一同，又放在腐化介質中，這樣一部分電極電位低的資料為陽極，產(chǎn)生腐化溶解，另一部分電極電位較高的資料為陰極，在腐化介質中被保護。

焊縫地區(qū)電位散布的基本形式

曲線a－－母材與焊縫地區(qū)在電化學性質上完好相同，消除了由于各部分電位不相同惹起的電化學腐化；

曲線b－－焊縫金屬的電位比母材高，于是焊縫旁邊的母材被強烈腐化；

曲線c－－母材電位比焊縫金屬的電位高，形成了大陰極（母材）與小陽極（焊縫金屬）的腐化電池。焊縫金屬因

形成選擇性溶解而被快速地腐化掉，

曲線d－－兩種不相同資料焊在一同，焊縫金屬的電位在兩種不相同母材電位之間。

曲線e－－電位較低的陽極區(qū)，距離焊縫熔合線有必然的距離，相當于未加牢固化元素的奧氏體不銹鋼或加牢固化

元素而未經(jīng)牢固化辦理的奧氏體不銹鋼在熱影響區(qū)中析出碳化鉻所造成的情況。曲線f－－電位較低的陽極區(qū)在熔合線上，則相當于因焊接造成牢固型奧氏體不銹鋼碳化鈦（碳化鈮）等溶解或鐵素體類不銹鋼敏化辦理所帶來的結果。

焊接接頭的腐化種類

焊接接頭腐化的種類

a）平均腐化；（b）焊縫局部腐化；（c）母材局部腐化；

d）熱影響區(qū)晶間腐化；（e）焊縫晶間腐化；（f）刀狀腐化

1.平均腐化

上圖（a）擁有單相或彌散狀的多相組織的金屬，當全部表面碰到介質平均作用時產(chǎn)生的腐化稱平均腐化，大多是發(fā)生在酸性環(huán)境中。

局部腐化

當合金成分或組織嚴重不平均，或在局部地區(qū)有氣孔、裂紋、夾雜物等弊端時，經(jīng)常會惹起局部腐化。這種

腐化有時在焊縫上，有時在母材上，見圖（b）（c）。依照受到腐化部分的大小和形狀可稱為點狀腐化和縫隙腐化。

在好多場合下，點腐化與應力腐化同時存在。

晶間腐化

這是一種沿著晶間深入到金屬內部的腐化。由于這種腐化在表面破壞很少，甚至覺察不出來，所以也是最危

險的無效形式，在焊接接頭中常產(chǎn)生于熱影響區(qū)，有時也在焊縫中產(chǎn)生，見圖（d）（e）。晶界會快速被溶解，晶粒也會隨著其晶界腐化程度的加劇零散下來，致使在敲打時也不會發(fā)出金屬聲音。

4.刀狀腐化

晶間腐化的另一種形式，它憂如刀刃狀深入到內部，故稱“刀狀腐化”或“刃狀腐化”，見圖（f）。

發(fā)生部位：在緊鄰焊接接頭的熔合線母材一側的狹窄地區(qū)內。

尺寸：開始時寬度可是3~5個晶粒，漸漸擴展，最大可達。對電渣焊焊接接頭可達3~5mm。

危害：擁有晶間破壞的性質，嚴重時會使整條焊縫發(fā)生剝落，危害很大。

原因：刀狀腐化的原因是在焊接接頭冷卻或多次焊接時，在狹窄的特定地區(qū)內溶解在TiC中的碳析出和鉻結

合成富鉻的碳化鉻相，造成貧鉻區(qū)，致使晶間腐化。是牢固化不銹鋼一種特有的晶間腐化。

晶間腐化機理

晶間貧鉻致使焊縫金屬產(chǎn)生晶間腐化。

兩種情況：

1)焊態(tài)時已有鉻的碳化物的積淀，所以形成貧鉻層。易于出現(xiàn)在焊接線能量過大或多層焊的條件下。

2)是在焊態(tài)時擁有較好的耐蝕性，卻在焊后經(jīng)受了敏化加熱的條件而出現(xiàn)鉻的碳化物的積淀。

其他還有一種非敏化態(tài)晶間腐化，腐化的發(fā)生與貧鉻沒關。

1.第一種敏化態(tài)晶間腐化

容器制造過程中，如經(jīng)熱加工、焊接或熱辦理，使不銹鋼資料在450~850℃溫度地區(qū)內滯留，則碳的溶解度會降低，在晶粒界線析出富鉻的碳化物相。引起析出富鉻碳化物相的溫度區(qū)間稱為敏化區(qū)；敏化區(qū)的溫度稱為敏化溫度。奧氏體和雙相不銹鋼的敏化溫度為

450~850℃，鐵素體不銹鋼的敏化溫度在

850℃以上。

2.第二種敏化態(tài)晶間腐化

不含牢固化元素或含碳量較高的奧氏體不銹鋼，經(jīng)過焊接熱循環(huán)的作用，焊接接頭周邊的母材會出現(xiàn)敏化區(qū)。

敏化區(qū)是處在峰值溫度達到600~1000℃的部位。由于焊接是一個快速的連續(xù)加熱過程，而鉻碳化物的積淀是一個

擴散過程，需要足夠時間才能充分進行，所以焊接時鉻碳化物的積淀必然出現(xiàn)較大的“過熱度”。3.非敏化態(tài)晶間腐化

奧氏體不銹鋼在固溶熱辦理后（即固溶態(tài)或稱非敏化態(tài)），晶粒間其實不存在富鉻碳化物等其他相的情況下，

有時也會發(fā)生晶間腐化（如在強氧化性介質中）。這與