【文章內(nèi)容簡介】 工業(yè)腐蝕與預防措施 25/67 2022年 2月 3日 不銹鋼中的應力腐蝕裂紋截面 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 26/67 2022年 2月 3日 應力腐蝕裂紋是應力和腐蝕環(huán)境相結合造成的。所以，只要消除應力和腐蝕環(huán)境兩者中的任何一個因素，便可以防止裂紋的產(chǎn)生。實際上既無法完全消除裝置在制造時的殘余應力，又無法使裝置完全擺脫腐蝕性環(huán)境。采用上述方法防止應力腐蝕幾乎是不可能的。因此， 一般是通過改變材料的方法解決這個問題。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 27/67 2022年 2月 3日 二、應力腐蝕的機理與特征 應力腐蝕機理比較成熟的有機械化學效應 、 閉塞電池理論 、 表面膜理論 、 氫脆理論四種學說 。 下面簡單介紹這四種理論 。 ? 機械化學效應理論 認為 ， 金屬材料在應力作用下在應力集中處迅速變形屈服成為腐蝕電池陽極區(qū) ，與金屬表面腐蝕電池的陰極區(qū)構成小陽極大陰極的腐蝕電池 。 使金屬沿特定的狹窄區(qū)域迅速溶解開裂 。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 28/67 2022年 2月 3日 ?閉塞電池理論 認為，某些幾何因素使金屬裂紋引發(fā)點處電解液流動不暢形成閉塞電池。該處為陽極，其他處為陰極，閉塞區(qū)內(nèi)的金屬溶解。之后的自催化作用使金屬溶解加速，發(fā)展成裂紋。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 29/67 2022年 2月 3日 ? 表面膜理論 認為 ， 金屬表面膜在應力作用下受到破壞露出新表面 ， 新表面因與有保護膜部分存在電位差異而構成腐蝕電池陽極 ， 發(fā)生溶解形成裂紋源 。 應力集中 ， 使裂紋進一步發(fā)展 。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 30/67 2022年 2月 3日 ? 氫脆理論 認為 ， 在應力作用下 ， 金屬腐蝕生成的氫被金屬吸收 ， 產(chǎn)生氫應變鐵素體或高活化氫化物 ， 使金屬材料脆化而出現(xiàn)裂紋 ， 并沿氫脆部位向前擴展 ， 導致破裂 。 應力腐蝕 與全面腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕不同， 有自己的顯著特征。產(chǎn)生應力腐蝕的金屬材料主要是合金， 純金屬較少。 引起應力腐蝕裂紋的主要是拉應力， 壓應力雖能引起應力腐蝕，但并不明顯。 應力腐蝕裂紋呈枯枝狀、鋸齒狀，其走向垂直于應力方向。 應力腐蝕裂紋，根據(jù)金屬材料所處的腐蝕環(huán)境 ，可以是晶間型、穿晶型或混合型。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 31/67 2022年 2月 3日 三、應力腐蝕的影響因素 1． 不銹鋼應力腐蝕 (1)氯化物 工藝介質(zhì)中的氯化物和冷卻水中的氯離子是產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的 重要原因 。 實驗研究結果表明 ， 氯化物的濃度越高 ，產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的時間越短 。 即使氯離子含量只有十萬分之一 ， 也會在短時間內(nèi)產(chǎn)生裂紋 。 腐蝕 溫度 對應力腐蝕裂紋的影響很大 。 隨著溫度的上升 ， 裂紋的敏感性顯著增加 ， 產(chǎn)生裂紋的時間大大縮短 ， 成長的速度明顯增大 。 在 100～ 350℃ 的食鹽水中進行的應力腐蝕裂紋實驗顯示，如果溫度在 300℃ 以上 ，不易產(chǎn)生裂紋，這是因為大量的點腐蝕迅速導致全面腐蝕，因而觀察不到腐蝕裂紋。水中的溶氧對氯化物形成的應力腐蝕裂紋起促進作用。只要水中有溶氧，氯離子的含量只有百萬分之一就會產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 32/67 2022年 2月 3日 (2)堿 從使用燒堿的純堿工業(yè)的腐蝕實例和事故調(diào)查中知道，由堿液引起的應力腐蝕裂紋較少。 實際上，因為堿與氯離子同時存在，很難斷定哪一個是應力腐蝕的主要影響因素。但是，在高溫鍋爐一類的容器中，即使沒有氯離子存在也會產(chǎn)生裂紋。如果有氧和氧化劑的存在，則會加速裂紋的生成。由堿引起的應力腐蝕裂紋，過去說是鍋爐水質(zhì)問題，其實都可以歸結為氫氧化鈉的原因。 在石油煉制中，氯化物分解生成氯化氫，為了抑制氯化氫的腐蝕作用，采用添加 氫氧化鈉 的方法。但是由于加入過量的氫氧化鈉，又產(chǎn)生了應力腐蝕裂紋的問題。 在制氫裝置中，采用鉀系催化劑，可形成氫氧化鉀，也會造成應力腐蝕裂紋。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 33/67 2022年 2月 3日 (3)硫化物 加氫脫硫裝置發(fā)生的應力腐蝕為晶間型裂紋 ， 這是因硫化物 ， 更確切地說是因連多硫酸 （ H2SnO6 n=3～ 6 ） 所致 。 不銹鋼中夾雜的鐵的硫化物 ， 可與空氣中的水分和氧反應生成連多硫酸或亞硫酸 ， 導致產(chǎn)生裂紋 。 在實驗室中 ， 敏化的不銹鋼 ，即使是亞硫酸或低 pH值的硫化氫溶液 ， 也能使其產(chǎn)生應力腐蝕裂紋 。 由硫化物引起的應力腐蝕裂紋與材質(zhì)有密切關系。不銹鋼經(jīng)過敏化處理，會析出碳化鉻，使結晶晶間鉻含量減少，材質(zhì)的耐腐蝕性降低，易產(chǎn)生晶間裂紋。硫化物與氯化物共存的環(huán)境下，對各種不銹鋼裝置的檢驗表明，在 80℃ 以上，裂紋發(fā)生率急劇增加，即使是耐應力腐蝕的不銹鋼也變得無效。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 34/67 2022年 2月 3日 2． 碳鋼 、 低合金鋼應力腐蝕 (1)硫化氫 對石油工業(yè)中高強鋼制球形儲罐的調(diào)查結果查明，液化石油氣中所含的硫化氫在有水分存在的條件下，會引起應力腐蝕裂紋。 (2)堿 對于鉚接結構裝置 ， 往往在應力集中的鉚釘孔處發(fā)生裂紋 ，鉚釘孔處的氫氧化鈉濃度一般在 30％ 以上 。 對于碳鋼 ， 堿液濃度在 10％ ～ 75％ 之間容易發(fā)生裂紋 ， 但即使?jié)舛仍?1％ 左右也會發(fā)生裂紋 。 堿引起的應力腐蝕裂紋在 330℃ 以上 的高溫時 ， 隨著溫度的上升 ， 裂紋生長速度加快；但當溫度降低至 30℃ 以下 時 ， 裂紋不再生長 。 堿引起的應力腐蝕裂紋需要有非常高的應力 ， 所以在殘余應力較高的焊縫部位容易產(chǎn)生裂紋 。 第六章 工業(yè)腐蝕與預防措施 35/67 2022年 2月 3日 (3) C