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聊聊锅炉压力容器的应力腐蚀破裂

2017-01-12 12:47:38
作者:本网整理
来源:网络

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。

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    锅炉压力容器的应力腐蚀破裂


    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。


    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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责任编辑:刘洋

标签: 锅炉压力容器, 应力腐蚀, 破裂, 腐蚀

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