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化工设备中不锈钢容器腐蚀与防护措施


时间:2018-06-13 11:20  来源:未知   作者:admin  点击:

无锡不锈钢板厂家2018年6月13日讯  在化工生产过程中,应用着大量的各种的酸、碱、盐等腐蚀性介质接触的化工机械与设备,特别是处于高温、高压、高流速工况下,这些设备的服饰问题尤为突出,其中不锈钢忧郁优良的耐腐蚀性和良好的热塑性,冷变形能力及可焊性而成为化工行业中重要的耐腐蚀材料。但是不锈钢的耐腐蚀性还是有针对性的,它在空气、水、中性介质及各种氧化介质中是稳定的,而在其他的一些介质中则可能发生腐蚀破坏,腐蚀破坏一般为不锈钢化工设备中局部腐蚀破坏,最常见得是晶间腐蚀和应力腐蚀。

1. 晶间腐蚀

不锈钢的晶间腐蚀是不锈钢晶粒边界在特定的腐蚀介质中受到腐蚀,使晶粒之间丧失活动的一种局部破坏,一般Cr-Ni奥氏体不锈钢在焊接构件的焊缝热影响区活构建经过450℃-850℃温度区间且停留足够时间时,易发生精简腐蚀;不锈钢在含有卤素离子和盐溶液中,尤其是在含Cl离子的溶液中易发生孔蚀,形成蚀孔或者蚀坑。在金相显微镜和扫描电镜下观察晶间腐蚀部位的金相组织,可以明显的看到不锈钢的晶间由于腐蚀而变宽,多呈网状,严重时还有晶粒脱落的现象。

常见的晶间腐蚀应用贫铬理论课得到很好的解释。

Cr-Ni奥氏体不锈钢在使用前或冶金厂出厂交货状态多为固溶处理状态,就是将不锈钢加热到高温(1000-1500℃左右)保温后快冷(一般为水冷),当Cr-Ni奥氏体不锈钢含碳量在0.02%-0.03%以上时(随钢种含Ni量而异)碳在钢中便处于过饱和状态,随后,在不锈钢加工和设备、构件的制造使用过程中,若再经过450℃-850℃温度加热,则钢中过饱和的碳就会向晶界扩散,析出并与附近的铬形成铬碳化物。在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中,这种碳化物一般为Cr23C5,这种碳化物含有较高的Cr,所以铬碳化物沿晶界沉淀就导致了碳化物周围钢的基体中Cr浓度降低,形成贫铬区。当铬碳化物沿晶界沉淀成网状时,贫铬区也连接成网状,不锈钢耐腐蚀是由于在介质作用下,钢中含有足以使钢在此介质中钝化的铬量,但是在贫铬区由于铬含量不足,使钝化能力降低,甚至消失。而奥氏体本身具有足够钝化能力,因此在腐蚀介质作用下,晶界附近成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀。

2. 应力腐蚀

不锈钢的应力腐蚀是在静拉伸应力与特定的腐蚀环境共同作用下发生的一种腐蚀,而应力腐蚀破裂是不锈钢局部腐蚀破坏中最常见、危害最大的一种。构成应力腐蚀破裂有三个条件:一是要有足够大的拉伸应力(超过某一极限值),二是要求特定的腐蚀环境,三是金属材料要具有特定的合金成分和组织。

应力除了由载荷产生的工作应力外,更多的是来自制造过程中,如冷加工、焊接、热加工、热处理以及装配过程中引起的残余应力。各种现场事故表明,由后者引发的应力腐蚀破坏约占80%左右,因此,认为在生产实践中有相当数量的应力腐蚀破裂石油加工安装不当引起的。

应力腐蚀破裂可分为两个阶段。第一阶段为腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段,也即是导致应力集中的裂纹源生孕育阶段,常称为潜伏期或诱导期,接着为裂纹的扩展阶段,即由裂纹源或蚀坑发展到单位面积所能承受的最大载荷的极限应力值时的阶段,最后是失稳得尅问扩展阶段,即破裂期。第二阶段受应力影响相对较小,时间长,约占破裂时间的90%。如果材料在一开始使用时就存在裂纹或蚀坑等缺陷,则应力腐蚀破裂过程只有雷文扩展和失稳快速断裂两个阶段,所以应力腐蚀可能发生在很短的时间内,也可能发生在几年以后。

不锈钢应力腐蚀的微观形貌多为穿晶型。但也多见穿晶沿晶混合型,裂纹宽度较小,而扩展较深,裂纹主干又有分枝,典型裂纹多貌似落叶后的树干和树枝,裂纹尖端较锐利,裂纹扩展方向一般垂直于施加应力方向。

不锈钢的应力腐蚀的宏观断口呈脆性断裂。断口的微观形貌,多为穿晶型河流、扇形、鱼骨、羽毛等形状,沿晶型则多为冰糖块形状。

从不锈钢应力腐蚀裂纹的特征和断口形貌也可以判断出出不锈钢的应力腐蚀是在没有先兆的情况下发生的脆性断裂,因此危害极大。各种氯化物或含氯化物的溶液、盐水、海水、河水、高温高压水等;氢氧化物;硝酸和硝酸盐;氢氟酸等含氟水溶液;硫化氢水溶液;多硫酸;硫酸和亚硝酸盐等等,都是导致各类不锈钢应力腐蚀的常见介质。

3. 防止不锈钢腐蚀的措施

(1)选择合适的材料

 应根据具体的工作条件,如介质的工作压力,工作温度,流量以及组成特点(特别是S、Cl等腐蚀性强介质的可能含量)来选用合适的材料,所选不锈钢材料除有足够的强度,刚度和良好的切割性能,还应具有良好的抗全面晶间腐蚀和应力腐蚀的能力。

(2)提高焊接质量

一般不锈钢材料采用电弧焊或氩弧焊,按规程的规定选用适宜的焊接材料和焊接工艺,确保焊条等焊接材料的质量。焊工必须经过严格的考试合格后才能施工,为了降低或消除焊缝的残余应力,防止产生裂纹,改善焊缝的热影响区的金相组织与性能,应根据钢的淬硬性、焊接厚度和使用条件等因素综合考虑进行焊前预热,焊后稳定化热处理,要眼科控制焊缝质量。焊接完毕后除应进行外观检查外,按设计图纸要求进行超声波探伤、射线探伤,还应进行精简腐蚀实验,不允许有超标缺陷。

(3)环境介质

产生应力腐蚀的一个重要原因是环境介质。应该严格控制环境介质的影响,如介质浓度、PH值、温度等,在奥氏体不锈钢压力容器用水惊醒水压实验时,水中的氯离子含量不能超过25mg/L,HG20581-1998《钢制化工容器用材选用规定》中对H2S、NaOH、液氨这三种应力腐蚀环境提出了一系列控制方法和指标,严格执行这些要求可大大降低应力腐蚀。

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