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环境开裂(氯化物应力腐蚀开裂) 发布时间:2020-08-12   浏览量:1895次

1 损伤描述及损伤机理


处于氯化物水溶液环境中的 300 系列不锈钢或部分镍基合金在拉应力、温度和氯化物水溶液的共同作用下产生起源于表面的开裂。


2 损伤形态


a )裂纹起源于表面,无明显的腐蚀减薄;


b )裂纹多呈树枝状,有分叉;


c )裂纹一般穿晶扩展,但发生敏化的 300 系列不锈钢应力腐蚀断口也可能呈沿晶特征;


d )断口通常为脆性断口;


e )  300 系列不锈钢焊缝组织通常会含有一些铁素体,形成双相组织结构,出现氯化物应力腐蚀开裂的可能性通常会小一些。


3 受影响的材料


a ) 300 系列不锈钢属敏感材料;


b )双相不锈钢的耐氯化物开裂能力比 300 系列不锈钢强;


c )镍基合金具有极强的耐氯化物应力腐蚀开裂能力。


4 主要影响因素


a )温度:应力腐蚀开裂敏感性随温度的升高而升高,开裂时金属温度通常不低于 60 ℃。


b )浓度:敏感性随氯化物浓度的升高而升高,但很多情况下氯离子会在局部浓缩,所以即使介质中氯化物含量很低,也可能会发生应力腐蚀。


c )伴热或蒸发条件:如果存在伴热或蒸发条件将可能导致氯化物局部浓缩聚集,显著增加氯化物应力腐蚀开裂敏感性。干-湿、水-汽交替的环境具有类似作用。


d ) pH 值:发生应力腐蚀开裂时 PH值通常大于2.0 ,PH值低于此数值时多易发生均匀腐蚀。pH 值接近碱性区域时,应力腐蚀开裂可能性降低。


e )应力:应力(残余应力或外加应力)越大,开裂敏感性越高。高应力或冷加工构件,如膨胀节,开裂敏感性高。


f )选材:镍含量在 8 % ~12 %时,开裂敏感性最大,镍含量高于 35 %时具有较高的氯化物应力腐蚀抗力,镍含量高于45%时,基本上不会发生氯化物应力腐蚀开裂。双相不锈钢比 300 系列不锈钢耐氯化物应力腐蚀能力更强,碳钢、低合金钢、400 系列不锈钢则对氯化物应力腐蚀开裂不敏感。


g )溶液中的溶解氧会加速氯化物应力腐蚀开裂,目前仍不能确定氧含量是否存在阈值,即当氧含量低于该阈值时就不会发生氯化物应力腐蚀开裂。


5 易发生的装置或设备


a )所有由 300 系列不锈钢制成的管道及设备都对氯化物应力腐蚀敏感;


b )水冷器以及常压塔顶冷凝器工艺介质侧;


c )加氢反应后物料储运的管道和设备,如果在停车后没有针对性清洗,开车或停车期间易发生开裂;


d )保温棉等隔热材料被水或其他液体浸泡后,可能会在材料外表面发生层下氯化物应力腐蚀开裂:


e )聚丙烯(聚乙烯)装置:催化剂中含有氯化物,如三氯化钛,在聚丙烯的合成工艺中,在与水蒸气或水接触的 300 系列不锈钢制设备和管线;


f )锅炉排水管。


6 主要预防措施


a )选材:使用耐氯化物应力腐蚀开裂能力较强的材料;


b )水质:当用水进行压力试验时,应使用氯含量低的水(至少应使氯离子含量小于 25×10-6 )试验结束后应及时彻底烘干;


c )涂层:材料表面敷涂涂层,避免材料直接接触介质流体;


d )结构设计:结构设计时尽量避免导致氯化物集中或沉积的可能,尤其应避免介质流动死角或低流速区;。


e)消除应力:对 300 系列不锈钢制作的部件宜进行固溶处理,对稳定化奥氏体不锈钢可进行稳定化处理以消除残余应力,但应注意热处理可能引起的敏化会增大材料的连多硫酸应力腐蚀开裂敏感性,也可能产生变形问题以及再热裂纹:


f )表面要求:降低材料表面粗糙度,防止机械划痕、擦伤和麻点坑等,减少氯化物积聚的可能性。


7 检测或监测方法


a )检测方法一般为材料表面目视检测和可疑部位渗透检测;


b )管道、热交换器管束和设备表面的检测可采用涡流检测法;


c )极细微裂纹主要采用金相检测。


8 相关或伴随的其他损伤


碱应力腐蚀开裂、连多硫酸应力腐蚀开裂。


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