锅炉压力容器安全讲座(18)

  仪器信息网 ·  2007-08-10 21:40  ·  11665 次点击
腐蚀破裂是因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂。金属材料的腐蚀有多种,按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀;按腐蚀介质可分为氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等;按腐蚀部位和破坏现象,可分为均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。在锅炉压力容器部件的腐蚀中,应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种。
一、应力腐蚀及其特点
金属构件在应力和特定的腐蚀性介质共同作用下,被腐蚀并导致脆性破裂的现象,叫应力腐蚀破裂。应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程,应力腐蚀破裂是应力腐蚀的最终结果。应力腐蚀有以下特点:
1.引起应力腐蚀的应力必须是拉应力,且应力可大可小,极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏。应力既可由载荷引起,也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。
2.纯金属不发生应力腐蚀,但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。
3.产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系,即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。常用金属材料发生应力腐蚀的敏感介质如下表所示。
常用材料发生应力腐蚀的敏感介质
材料
可发生应力腐蚀的敏感介质
碳钢
氢氧化物溶液;硫化氢水溶液;碳酸盐,硝酸盐或氰酸盐水溶液;
海水;液氨;湿的CO-CO2-空气;硫酸-硝酸混合液;热的三氯化铁溶液
奥氏体不锈钢
海水;热的氢氧化物溶液;氯化物溶液;热的氟化物溶液;
铝合金
潮湿空气;海水;氯化物的水溶液;汞
钛合金
海水;盐酸;发烟硝酸;300℃以上的氯化物;潮湿空气;汞
4.应力腐蚀是一个电化学腐蚀过程,包括应力腐蚀裂纹萌生、稳定扩展、失稳扩展等阶段,失稳扩展即造成应力腐蚀破裂。
二、锅炉压力容器中常见的应力腐蚀
1.液氨对碳钢及低合金钢容器的应力腐蚀液氨储器在充装、卸放及检修时,难免进入空气。接触了空气的液氨,在氧及二氧化碳的参与下,在应力特别是焊接残余应力的作用下,对钢材有强烈的腐蚀作用,使之产生应力腐蚀裂纹,并多产生于焊缝部位。钢材强度越高,产生应力腐蚀裂纹的倾向越大。最终导致容器破裂。
2.硫化氢对钢制容器的应力腐蚀湿的硫化氢,加上应力特别是焊接残余应力,可对钢制容器产生强烈的应力腐蚀,且在20℃左右的温度下最为严重。
3.苛性碱对锅炉锅筒或容器的应力腐蚀(碱脆或苛性脆化)这种应力腐蚀一般需要三个条件:较高的温度、较高的苛性碱浓度及较高(达到钢材屈服点)的拉伸应力。在锅炉锅筒的胀口、铆缝等部位,有可能满足上述三个条件,常由这些部位开始形成应力腐蚀开裂。含碱容器的接管、法兰部位及其他应力集中部位,也有碱脆开裂的例证。
4.氯离子对奥氏体不锈钢容器的应力腐蚀无论是高浓度的氯离子,还是高温高压水中微量的氯离子,均可对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀。应力腐蚀裂纹常产生在焊缝附近,最终造成容器破裂。
5.潮湿条件下一氧化碳对气瓶的应力腐蚀工业一氧化碳气体中常含有二氧化碳和水分,在气瓶反复充装、应力交变的条件下,气瓶会产生应力腐蚀裂纹甚至破裂。
三、应力腐蚀破裂的基本特征
1.应力腐蚀破裂属于脆性破裂,断口平齐,没有明显的塑性变形,破裂方向与主应力方向垂直。
2.应力腐蚀是一种局部腐蚀,其断口一般可分出裂纹扩展区和瞬时破裂区两部分,前者颜色较深,有腐蚀产物伴随,后者颜色较浅且洁净。
3.应力腐蚀裂纹扩展过程中会发生裂纹分叉,即有一主裂纹扩展得最快,其余是扩展得较慢的支裂纹。
4.引起破裂的因素中均有特定介质和拉伸应力。
四、应力腐蚀破裂的预防
1.选用合适的材料,尽量避开材料与敏感介质的匹配,比如不用奥氏体不锈钢容器作接触海水及氯化物的容器。
2.在结构设计及布置中避免过大的局部应力。
3.采用涂层或衬里,把腐蚀性介质与容器承压壳体隔离,并防止涂层或衬里在使用中损坏。
4.在制造中采用成熟合理的焊接工艺及装配成形工艺,并进行必要合理的热处理,消除焊接残余应力及其他内应力。
5.应力腐蚀常对水分及潮湿气氛敏感,使用中应注意防湿防潮,对设备加强管理和检验。

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