应力腐蚀（精选8篇）
应力腐蚀 篇1
腐蚀是金属的大敌,20世纪80年代一个统计资料表明,遭受蚀害的钢材约占当年世界钢产量的1/3,其中相当大的比例是应力腐蚀.腐蚀是一个氧化还原过程[1].由于合金中的合金原子分布不均匀或者金属中掺有杂质,局部区域会产生电位差,一旦遇到电解质环境就会形成原电池而发生氧化还原反应.处在拉应力作用下的金属材料发生腐蚀就称为应力腐蚀.拉应力作用下的金属原子位能会大大的提高,正如热水较易蒸发的道理那样,此时的金属原子也更易于形成自由离子而游离出来,大大加快腐蚀进程.如果零部件存在有原生裂纹,裂纹尖端的应力更高,应力腐蚀将大大加快裂纹的扩展速度,从而造成结构的突然破坏,往往损失惨重.
1987年6月22日,一辆液氨储罐车沿安徽太和到亳州的公路上疾速行驶.钢制的液氨罐长3.45 m,直径约1m.当罐车司机欲减速通过集市时,突然一声巨响,液氨罐一分为二,后封头像一片飞碟飘然而去,飞出64.4m处击中一堵墙壁,洞穿而过.更令人不可思议的是巨大的筒体也挣脱羁绊腾空而起,像一枚火箭,喷撒着气化了的液氨从人们的头上掠过.地球的引力使筒体跌落在地.然而,巨大的反冲力竟使筒体再次腾空而起,飞行总距离达97m之多.小小的集镇顷刻间酿成10人死亡,52人重伤的惨剧.一批专家学者用现代化的手段对“火箭”的空壳前进行了认真的分析:原来是钢罐的焊缝存在着长达40mm焊接缺陷,在应力腐蚀作用下发展成为裂纹.在1.5MPa的压力下,应力腐蚀裂纹迅速扩展,继而贯穿罐壁.液态氨泄漏后迅速气化而吸收热量,使裂纹处温度很低,这大大降低了材料抗断裂的断裂韧性值,当裂纹长度达到临界值时氨罐封头突然断裂.由于瞬间的减压,大量的液氨急速气化,从而上演了一出惨剧.类似的应力腐蚀在石化行业中广泛发生.2000年的调查结果表明,在燕山石化公司等13个大型石化和化工企业中,由于应力腐蚀所造成的经济损失约为其总产值的3.8%左右,这实在是一个庞大的数字.
金属结构的腐蚀破坏事故在其它行业中也经常发生.1982年9月17日下午,日本航空公司上海至东京JL792航班的DC-8喷气式客机从上海虹桥机场起飞9min后因飞机液压系统发生故障而返回虹桥机场降落,飞机接地后径直向北冲出跑道,穿过二百多米的草地,冲破机场铁丝网,又冲向机场护场沟,飞机头重重地撞在沟壁上,造成机上113名乘客和机组人员中的27人受伤.专家们从爆破的机载紧急刹车高压气瓶中找到了事故的元凶,原来是高压气瓶内壁的应力腐蚀裂纹扩展引起爆破,损坏了液压系统的管道及部分附件,使飞机襟翼系统和正常及紧急刹车系统失效,致使飞机着陆速度过快,从而造成了这次重大事故.
在应力腐蚀造成破坏的同时,人们也设法利用应力腐蚀达成一些目的.早在60多年前,德国的反战人士利用依据应力腐蚀原理制成的定时炸弹几乎改变了二次世界大战的进程.美国历史学家威廉·夏伊勒在《第三帝国的兴亡》中生动地记述了反战人士用它刺杀希特勒的行动[2].
在1943年2月间,德国在苏联作战的中央集团军参谋长冯·特莱斯科夫将军等反纳粹人士准备在希特勒飞回腊斯登堡的大本营时炸毁希特勒的座机以刺杀他.经过多次试验,特莱斯科夫将军和他参谋部的年轻军官费边.冯.施拉勃伦道夫决定使用英国特工人员常用的定时炸弹.这是借应力腐蚀引信引爆的定时炸弹,没有使人警觉的导火索燃烧时的嘶嘶声或钟表走动的滴答声.2月13日晚,特莱斯科夫将军请希特勒的一个随员海因兹.勃兰特上校带两瓶白兰地给陆军总司令部的赫尔莫特·斯蒂夫将军.在送行到机场时施拉勃伦道夫启动了伪装成白兰地的定时炸弹上的定时装置,把它交给了走向希特勒座机的勃兰特.按起动按钮会从一个小瓶子中流出一种腐蚀性很强的化学药品,它把一根拉住弹簧的张紧了的金属丝腐蚀断(图1),弹簧会猛地把撞针一推,击发雷管引起爆炸.然而,这次雷管被撞击之后未能发火爆炸,致使希特勒逃过一劫.1944年7月20日中午,施道芬堡上校在希特勒的“狼穴”大本营会议厅中成功地引爆了同样的定时炸弹,不过桌子坚实的橡木底座再一次救了希特勒的命.
目前,应力腐蚀的原理还有不同的解释,但大家公认发生力应力腐蚀必须具备两个基本条件:一是拉伸应力,二是腐蚀环境.人们采取各种措施防止腐蚀和应力腐蚀的发生:在金属表面覆以防腐层、研制抗腐蚀材料、添加缓蚀剂或者降低腐蚀介质中腐蚀离子浓度以及消除裂纹类缺陷等,与此同时人们也大力研究应力腐蚀下的裂纹扩展的规律.
学者们的研究结果表明,利用断裂力学理论描述应力腐蚀裂纹扩展规律是恰当的.控制裂纹扩展的力学参量称为应力强度因子K1,人们通过实验发现,可以用下式描述在应力腐蚀作用下裂纹长度a随时间t增加而扩展的速率与应力强度因子K1之间关系
式中C1,C2是由材料决定的常数.有了这个结果,人们便可以找到时的K1,这是不发生裂纹应力腐蚀扩展的最高界限值,被称为应力腐蚀界限强度因子K1scc,它因材料而异.只要控制所存在裂纹的K1
断裂力学为我们提供了处理裂纹在应力腐蚀下破坏的分析手段.在炸弹定时装置中张紧的金属丝刻痕就是类裂纹缺陷,利用给定的材料参数和几何参数不难算出引爆炸弹需要的时间,反之,也可以给定引爆需要的时间而选择直径适当的金属丝.
参考文献
[1]克舍H著(德)．吴荫顺译．金属腐蚀．北京：化学工业出版社，1984
[2]威廉·夏伊勒著(美)．第三帝国的兴亡——纳粹德国史．生活．读书．新知三联书店，1979
应力腐蚀 篇2
关键词：300M；应力腐蚀；防护
前言：40CrNi2Si2MoVA（300M）钢是目前起落架广泛使用的超高强度钢，其抗拉强度可达1960 MPa[1]，具有高强度和高韧性的特点，但抗应力腐蚀能力却随着强韧性的提高而降低。本文通过对影响超高强度钢应力腐蚀开裂的原因分析，根据现有的防护方法和手段，阐述超高强度钢应力腐蚀防护措施。
一、超高强度钢应力腐蚀开裂机理分析
应力腐蚀开裂是影响300M钢使用的主要破坏形式之一，金属材料在特定的环境中使用时，存在着拉伸应力，极易发生应力腐蚀，尤其是300M超高强度钢，对应力极其敏感。因此，影响应力腐蚀的因素主要是金属材料特性、腐蚀环境和拉伸应力，当三者同时存在时，应力腐蚀就会发生。防止应力腐蚀就是从产生应力腐蚀的根本原因进行分析，提高材料的抗应力腐蚀能力，阻止造成应力腐蚀的环境产生，降低零件的应力。
二、300M钢应力腐蚀因素分析
力学因素、环境因素及金属学因素是影响金属材料应力腐蚀性能的主要因素，当合金体系确定以后，应力与环境成为应力腐蚀的两个主要方面。
（一）影响应力腐蚀的环境因素
温度和介质是影响应力腐蚀环境的主要因素。当溶液介质中存在着可以造成应力腐蚀的离子种类时，在合适的温度下，很容易造成材料表面膜的破坏，促进应力腐蚀开裂敏感性[2]，同时由于电化学的作用，造成材料的抗应力腐蚀能力下降，电化学研究方法表明300M钢对3.5%的NaCl溶液相当敏感[3]。因此，改变材料的使用环境，尤其是材料使用的温度和介质的离子种类，可有效防止300M钢的应力腐蚀。
（二）影响应力腐蚀的应力因素
应力腐蚀开裂主要发生在应力产生的部位，应力的产生主要来自两个方面：一种是来自材料本身产生的应力，如材料的热处理、机械加工、焊接、表面处理等过程中，产生的残余应力；另外一种是材料在使用过程中，外部受力造成的，主要是拉伸应力，压应力不会造成应力腐蚀。当敏感材料在腐蚀介质存在的环境中，如果没有拉伸应力，将不会出现应力腐蚀。
三、超高强度钢应力腐蚀防护措施分析
起落架用300M超高强度钢的抗应力腐蚀能力提升主要从改变材料的特性、隔绝应力腐蚀环境、降低拉伸应力三个方面制定防护措施。
（一）改变材料的制造工艺
材料中的杂质会造成材料性能的下降，同时也会在应力腐蚀环境中加速材料的腐蚀。300M钢采用真空热处理技术，避免了渗氢，零件表面光亮，无氧化脱碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了零件的表面质量，控制S含量和硫化物，获取高纯度300M超高强度钢，提高在腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展速率。
（二）改变产品的应力状态
产品设计过程中，通过改变外部结构，如增加过渡圆角，采用整体模锻，减少焊接和机械加工，保证其表面的完整性，能有效降低材料的应力水平，提高材料的抗應力腐蚀能力。针对材料的内部拉应力，通过表面强化技术，如挤压强化、喷丸强化、滚压强化等手段，使拉伸应力变为压应力，提高材料的抗应力腐蚀能力。
（三）表面防护技术
对300M材料表面进行电镀或涂覆涂层，将金属表面与腐蚀介质隔绝，可有效提高300M的抗腐蚀能力。
（1）电镀防护。电镀防护使金属表面电镀一层耐腐蚀的金属层，隔离了腐蚀介质，提高电镀的防腐蚀能力将极大的提高300M钢的抗应力腐蚀能力。目前应用的低氢脆镀镉-钛比传统的磷化有着更强的表面防护能力，极大的提高了零件的耐蚀性。
（2）热喷涂防护。300M钢对氢脆极其敏感，常规的电镀过程存在引入氢的风险，新工艺的研究中，通过热喷涂WC涂层的方法，解决了氢脆问题的产生，同时涂层的结合力强，耐磨性好，能够极大的提高材料的耐蚀性，此防护技术可用于零件的运动摩擦部位的防护。研究表明300M钢基体上高速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层可有效提高产品的抗疲劳和抗盐雾腐蚀性能，热喷涂技术可以更好的对300M钢进行防护。
四、结论
本文通过对影响应力腐蚀的三个主要因素进行分析，针对300M钢的材料特性，从原材料的制造、产品的无应力设计、材料表面防护等方面阐述了提高材料抗应力腐蚀特性的措施，提高300M材料的抗腐蚀应力特性措施进行总结。
参考文献：
[1] 张晓云，孙志华，刘明辉等。40CrNi2Si2MoVA钢的大气应力腐蚀行为[J]，中国腐蚀与防护学报，2006，26（5）：275-281.
混凝土应力腐蚀研究现状 篇3
1应力腐蚀研究现状
混凝土的应力腐蚀可定义为:混凝土在各种应力 (包括拉应力、压应力、弯曲应力等) 作用下同时受到各种腐蚀介质 (氯盐、硫酸盐、二氧化碳等) 的影响所引起的腐蚀, 称之为混凝土的应力腐蚀[4]。1984年, Schneider率先提出混凝土同其他材料一样也可能发生应力腐蚀以来, 相关的专家学者逐渐意识到评价混凝土的抗腐蚀性与耐久性时必须要同时考虑应力的影响。因而, 研究混凝土的应力腐蚀是非常有必要的[5]。
1.1 氯离子 (Cl-) 作用下混凝土的应力腐蚀
林毓梅、吴相豪通过浸泡在pH=2的盐酸溶液中的混凝土梁 (10 cm×10 cm×40 cm) 受弯试验, 来探讨应力下混凝土梁的力学性能和内部孔洞变化[7]。试验指出, 经盐酸溶液 (Cl-) 应力腐蚀的混凝土梁, 其抗折强度和变形均明显降低, 且随荷载水平提高和作用时间延长, 应力腐蚀效应愈加显著。
邢锋、冷发光等通过试验研究了长期持续荷载作用下素混凝土Cl-渗透性[8]。试验中采用56 d龄期破坏荷载的30%和50%进行加载, 通过测试混凝土的渗透深度来表达Cl-渗透性。得出在荷载作用下的素混凝土受弯构件, 其受拉区的氯离子渗透性随荷载的提高而增大, 荷载较小时, 增长幅度也小, 当荷载进一步提高后, 增长幅度也相应提高。
余红发、孙伟等探讨了盐湖卤水环境中混凝土的应力腐蚀[9], 提出了混凝土的强度等级越高, 应力腐蚀对混凝土结构腐蚀后抗压强度的影响也就越大:混凝土的应力腐蚀抗压强度同无应力状态之间具有显著的幂函数关系。
何世钦、贡金鑫考虑了弯曲荷载对混凝土中Cl-扩散的影响[10]。另外, 赵尚传、贡金鑫等进行了弯曲荷载下水位变动区混凝土中Cl-扩散规律的试验研究[11], 同样得出随着荷载的作用, 加快了Cl-在混凝土中的扩散速度等。此外, 林毓梅、冯琳还做了海水中混凝土应力腐蚀的试验研究[12]。
荷载 (拉应力) 作用下, 早先存在的混凝土微裂缝随着加载时间的延长和应力水平的提高, 微裂缝不断发展、扩大乃至贯通, 使得应力作用下Cl-的渗透性增强、扩散速度加快, 加剧混凝土结构的腐蚀破坏。为了减少这种混凝土内部微观结构的影响, 通过在混凝土结构表面刷涂层可以有效提高混凝土结构抗氯离子侵蚀能力, 增加刷涂层的次数, 提高效果愈发显著[13]。
1.2 硫酸盐溶液 (SO
张志兴、张根亮等人通过试件在5%硫酸铵溶液中对比应力与非应力状态下混凝土抗腐蚀性[14]。试验中对试件施加50%的弯曲应力, 发现混凝土强度降低速率大大加速, 120 d龄期时, 混凝土全部断裂;150 d时, 混凝土抗压强度大概降至浸泡前的30%。表明了应力对腐蚀具有加速作用。
河海大学的林毓梅等采用混凝土小梁 (9 cm×10 cm×40 cm) , 试验研究了在硫酸盐溶液中混凝土的应力腐蚀, 并同处于水中的混凝土试梁作了平行对比[15]。指出应力因素促进了腐蚀介质下混凝土的体积膨胀:起始发展快、后期速度减缓;混凝土遭受硫酸盐类的应力腐蚀, 即使在混凝土结构密实度有所提高的情况下, 也存在有内部损伤和外部应力的负面效应。
东南大学的慕儒等则关注了高强混凝土在荷载下的抗硫酸盐侵蚀的能力[16]。得出硫酸盐溶液侵蚀下, 混凝土性能指标随应力比增大而下降, 不受硫酸盐侵蚀的混凝土其性能似与应力无关。
长安大学的陈拴发等为了增强混凝土在应力状态下抗硫酸盐腐蚀的能力, 进行了粉煤灰混凝土的应力腐蚀特性试验研究[17], 发现混凝土中掺加粉煤灰等量取代部分水泥, 可明显改善混凝土的工作性能和水化特征, 并可有效地提高混凝土的抗应力腐蚀性能。
1.3 二氧化碳作用 (碳化) 下混凝土的应力腐蚀
东南大学的涂永明、吕志涛考虑了应力状态、水灰比和保护层厚度等影响, 进行了应力作用下的混凝土碳化试验研究[18]。试验中通过拉压应力状态的对比, 表明拉应力加快了混凝土的碳化速度, 压应力的效果正好相反。且还继而提出了应力状态下混凝土碳化的数学模型:
解放军理工大学的蔡传国着重研究了应力作用下高龄混凝土表面的碳化规律[19,20,21]。通过对南京一些在役80年的混凝土建筑物进行现场检测和室内试验, 结果表明混凝土表面的碳化速度同结构的应力状态密切相关, 只有处于低应力状态下的混凝土结构才能达到理想的服役年限。无应力混凝土在常规的大气环境下至少可以保持80年的寿命。
1.4 冻融等因素作用下混凝土的应力腐蚀
慕儒、严安等研究了荷载作用下高强混凝土的抗冻性[22]:荷载和冻融循环同时作用下, 混凝土试件所能经受的冻融循环次数随荷载比例的增大而减小。此外, 他们进而通过改变混凝土基体, 采用高性能混凝土研究了其在冻融和荷载共同影响下的损伤及损伤抑制[23]。慕儒还系统的考虑了冻融、荷载及盐溶液复合作用下混凝土腐蚀状况[24]。
陈拴发等引入应力腐蚀因子和介质腐蚀因子的概念, 通过腐蚀介质强度损失百分率与应力腐蚀强度损失率较好的评定了高性能混凝土的应力腐蚀破坏[25], 并对影响其应力腐蚀的因素进行了显著性分析[26]:水灰比对应力腐蚀具有较强的影响, 其中粉煤灰掺量、腐蚀溶液对高性能混凝土的应力腐蚀也都具有显著性, 而应力水平仅对混凝土应力腐蚀具有较强的显著性。此外, 陈拴发还对高性能混凝土的腐蚀疲劳特性开展了一定的研究工作[27]。指出疲劳荷载会加速腐蚀介质的渗透, 加快混凝土的损伤, 降低结构的抗疲劳性。
贡金鑫、王海超等用120 mm×200 mm×1 700 mm钢筋混凝土梁研究了腐蚀环境下的应力腐蚀[28]。相应地, 何世钦、王海超、贡金鑫用同样尺寸的钢筋混凝土梁研究了它的抗弯性能[29]。
2结论及展望
应力腐蚀的机理及预防措施 篇4
应力腐蚀发生的特定场合及预防措施。
应力腐蚀情况一般在特定场合才能出现, 比较常见的有以下情况:
1 湿H2S环境下的应力腐蚀
首先, 应力腐蚀首要因素是因为介质中的物质发生反应, 而引起钢板物理性质的改变。对于应力腐蚀最直接的因素则是材料韧性的降低, 如果发生点蚀或坑蚀, 则在拉应力的作用下, 该处则会应力集中, 在材料韧性降低的情况下, 则会发生裂纹情况。而裂纹处更容易发生局部腐蚀, 则会引起恶性循环导致裂纹纵向生长。造成的结果, 是设备在金属均匀腐蚀并不严重的情况下, 会突然出现断裂, 造成不可估量的损失。
应力腐蚀发生的机理:H2S在水中的浓度等于或高于50ppm, 称为湿H2S环境。
硫化氢在系统中与铁作用, 生成硫化亚铁。见下式:
Fe S是一种脆性较大, 易剥落, 非致密的, 不能起保护作用的盐类物质。在生成Fe S的过程中, 会产生以下几种影响:
1) 壳体的金属转化为脆性的易剥落的盐类物质, 壳体局部遭到削弱。
2) Fe S覆盖在金属表面, 该部位局部离子量增加, 腐蚀加快。
3) 生成氢离子, 且氢离子在溶液中易得到电子变为原子, 氢原子体积小可以穿透金属的晶粒从而扩散到金属的内部。由此, 得到两个比较坏的影响。
1) 金属中融入过多的氢原子, 从而极大的降低了金属材料的韧性, 在拉应力作用下易产生纵深方向生长的裂纹。
2) 氢原子之间结合, 在金属内部互相串联, 产生氢气。使局部金属内部应力增加, 造成金属的使用环境更加恶劣;大量氢气聚集, 使得金属产生鼓包, 直接破坏材料的使用性能。
影响硫化氢腐蚀速度的因素, 主要有温度和H2S浓度。干的硫化氢在200~250℃以下, 对钢铁不产生腐蚀或腐蚀甚微, 当温度大于260℃时, 腐蚀加快, 随着温度的升高而陡直地加剧。H2S浓度越大, 腐蚀越厉害。
湿H2S的腐蚀主要以应力腐蚀为主, 不论何种钢材, 只要有集中应力存在, 就可能被腐蚀, 所以在此种环境下, 应力腐蚀发生的情况是较多的。
为了防止应力腐蚀开裂碳钢设备必须采取下述措施:
1) 应进行热处理以消除制造过程中产生的应力, 尤其是焊接产生的残余应力, 并降低焊接接头的硬度, 提高韧性。
2) 当设备最后完成焊后消除应力热处理后, 所有的焊缝应进行磁粉试验来检查焊缝的质量, 尤其不允许存在裂纹以及未熔合等缺陷。
3) 用磁粉检测出来的焊接问题应进行返修, 所有经过返修的焊缝要重复进行焊后热处理和磁粉检测。
2 在“CL-”的情况下, 奥氏体不锈钢的应力腐蚀机理及预防
在有氯离子“CL-”存在时, 奥氏体不锈钢, 尤其是18-8型奥氏体不锈钢对点腐蚀特别敏感。点腐蚀在生产中是很危险的, 它在一定区域内迅速发展, 并往深处穿透, 以致造成设备因局部地区破坏而损坏。或因个别地方穿孔而出现渗漏。
产生点腐蚀的原因, 首先是不锈钢表层钝化膜有个别地方薄弱的, 也可能是局部地方有夹杂或不平整所造成。当液体中有活性氯离子“CL-”时, 它很容易被钝化膜表面所吸附, 氯离子在膜上排挤氧原子, 并取代氧原子的位置, 取代之后, 在吸附时氯离子“CL-”的点上就产生可溶性的氯化物, 在钝化膜比较薄弱的局部地区, 逐渐就会形成坑蚀, 形成坑蚀后, 造成了不利的局面, 即坑点为阳极, 被钝化的表面为阴极, 阴极面积大而阳极面积小, 这样构成的腐蚀电池, 将大大加速腐蚀速度, 且坑蚀内部金属部分抗腐蚀能力没有钝化膜部分高, 坑蚀就会逐渐变为洞蚀, 点蚀的坑穴或小洞多了连起来, 且由于“CL-”在金属中, 尤其是在点蚀周围区域内的扩散, 局部金属的韧性降低, 在拉应力作用下则形成相连贯的裂纹, 造成钢材恶性破坏, 为了避免氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀, 对奥氏体不锈钢设备及管线清洗或试压, 所用的水其氯化物含量要求小于25ppm, 如果条件允许, 最好将设备内部的水渍擦干。
不锈钢设备因为材质耐腐蚀问题, 一般不能进行消除应力热处理, 所以要注意以下问题:
1) 用于存在应力腐蚀风险场合的设备用不锈钢应尽量选用超低碳不锈钢, 最好是含有钛或钼等稳定性元素的不锈钢。
2) 焊接采用一些措施尽量避免产生过多的残余应力, 比如选用较细焊丝或焊条, 采用较小电流;尽量避免因焊接质量问题而进行返修施焊等。
3) 焊接完成后对每道焊缝进行锤击释放制造过程中的残余应力, 锤击时要注意力度, 且必须垫上防护用的木板进行。
4) 锤击后再次进行渗透检测或超声检测, 确保设备焊缝质量。
5) 如果有可能, 或设备应用于严格场合, 则给出奥氏体不锈钢的热处理方案, 一般情况下, 875℃下的稳定化处理对于奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能是很有帮助的。
3 结语
压力容器的安全问题最终还是在监管上边, 对于易发生应力腐蚀的设备尤其要在定期检验上边下功夫, 只有监管到位, 才能真正的把损失减小到最低, 而不是仅仅把安全问题直接交到设备的设计和制造方面。因水平有限, 疏漏之处在所难免, 欢迎批评指正。
参考文献
液化气储罐应力腐蚀分析及对策 篇5
碳钢及低合金钢在湿硫化氢环境中易发生硫化物应力腐蚀开裂, 对石油、石化工业装备的安全运行构成很大的威胁。对低浓度硫化氢环境, 可通过净化材质、大幅降低S、P含量、改善材料组织结构等措施, 可以对应力腐蚀起到有效防护作用。对大庆石化公司ATK-101B天然气液体球罐 (1500m3) 进行全面检验, 内表面磁粉检测发现27处焊缝纵向裂纹, 最长的为1.6m, 深度为6 mm。以压力容器ATK-101B天然气液体球罐为对象, 对其基材分别进行硫化氢应力腐蚀性能试验和机理分析, 并提出防护措施。
2 硫化氢腐蚀机理
2.1 硫化氢的特性。
硫化氢的相对分子质量为34.08, 密度为1.539 mg/m3, 是一种无色、有臭鸡蛋味、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。
H2S在水中的溶解度很大, 水溶液具有弱酸性, 如在1大气压下, 30℃水溶液中H2S饱和质量分数约为300mg/L, 溶液的p H值为4。H2S不仅对钢材具有强烈的腐蚀性, 而且对人体的健康和生命安全也有很大的危害性。H2S应力腐蚀的基本类型可分为应力腐蚀开裂、氢诱导裂纹、氢鼓泡等。在ATK-101B天然气液体球罐的检测中发现, 根据裂纹的宏观和微观形貌特征, 可以判定裂纹为应力腐蚀开裂。
2.2 硫化氢腐蚀规律。
石油加工过程中的H2S主要来源于含硫原油中的有机硫化物, 如硫醇和硫醚等。这些有机硫化物在原油加工过程中受热会分解出硫化氢。干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用, H2S只有溶解在水中, 才具有腐蚀性。在ATK-101B天然气液体球罐的检测中发现, 应力腐蚀不同于一般性腐蚀引起的机械破损, 也不是整个储罐的大面积减薄, 而是在局部的罐体区域产生, 具有较大的突然性。
2.3 腐蚀条件:
2.3.1腐蚀环境。a.介质中含有液相水和H2S, 且H2S浓度越高, 应力腐蚀引起的破裂越可能发生。b.一般只发生在酸性溶液中, pH小于6容易发生应力腐蚀破裂;c.腐蚀环境温度为0~65℃。2.3.2结构材料中 (壳体及其焊缝、接管等) 必须存在应力。2.3.3材料同腐蚀环境的相互搭配, 如湿H2S对高强度钢的应力腐蚀。
3 预防措施
美国腐蚀工程师协会 (NACE) 提出, 对液化石油气, 在有液相水的情况下, H2S的气相分压大于350 Pa时, 存在H2S对设备的腐蚀和破坏的危险性。日本制订的《高强度钢使用标准》中规定了不同强度级别的钢种允许储存H2S浓度的限定值。中国石化总公司为避免H2S对输送和储存设备的应力腐蚀, 对液化石油气中的H2S含量规定为10×10-6以下。我国油田轻烃多数未经精制, H2S和水的含量较高, 见表1。近年来, 许多储罐检测结果证明, 有相当数量的裂纹属于H2S引起的应力腐蚀裂纹。
3.1 合理选材。
H2S应力腐蚀破裂与材料的强度、硬度、化学成分及金相组织有密切关系。3.1.1强度与硬度。随着材料的强度提高, 应力腐蚀破裂的敏感性也提高, 破裂临界应力σTh与材料屈服极限σS的比值越小, 材料强度级别越高越容易发生破裂。硬度也是重要影响因素, 当材料的HB≤235时, 采用含Mn质量分数在1.65%以下的普通碳素钢及低合金钢制压力容器, 经焊后消除应力热处理后, 在一定的H2S浓度范围内可避免发生H2S应力腐蚀破坏。对于更高强度的合金钢, 美国腐蚀工程师协会提出意见:a.对淬火或正火的合金钢, 应采用621℃以上的温度回火, 使HRC≤22, σS≤630MPa;b.焊后进行621℃以上的热处理, 并使HRC≤22;c.经冷变形加工的钢材, 最低热处理温度为621℃, 消除加工应力, 并使HRC≤22 (HB≤235) 。3.1.2化学成分。要限制有害元素Ni, Mn, Si, S, P等含量。Ni元素在抗硫化氢应力腐蚀中有害。Ni元素在金相组织中易偏析, 降低钢板的A1相变点温度, 在高温回火时超过此限, 易形成未回火马氏体组织, 降低钢板本身性能。另外, 元素Ni可以同H2S水溶液生成一种特殊的硫化物, 其组织疏松, 易使氢渗透, 从而出现裂纹。设计时, 要限制其质量分数不能接近或达到1%, 一般控制在0.5%以下。Mn, Si元素质量分数偏高时, 焊缝及热影响区的硬度无法控制, 同时Si元素易偏析于晶粒边界, 助长晶间裂纹的形成, Mn元素也能降低A1相变点温度。元素S, P系非金属夹杂物, 易引起层状撕裂裂纹和焊道尾部裂纹, 同应力腐蚀裂纹相重合后能加速裂纹扩展。防止H2S应力腐蚀的元素有Cr, Mo, V, Ti, B等, 加入少量的Cr, Mo元素能起到细化晶粒的作用, Mo元素在调质或正火钢板的热处理中能生成碳化物, 易于除掉固溶碳, 还能防止有害元素Si, P的晶间偏析。元素V, Ti, B可以提高钢材的相变点温度, 提高钢板的淬透性, 易于形成晶粒细化的回火马氏体组织, 但元素V质量分数过大时对焊接不利。HG20581-1998中规定:在湿H2S应力腐蚀环境中使用的化工容器用碳钢及低合金钢 (包括焊接接头) 的化学成分 (质量分数) 应符合:a.母材;Mn≤1.65%, Ni≤1% (尽可能不含) , Si≤1.0%;b.焊缝金属:C≤0.15%, Mn≤1.6%, Si≤1.0%, Ni≤1.0% (尽可能不含) 。3.1.3金相组织。金相组织对抗H2S应力腐蚀破裂影响很大, 其抗破裂能力按顺序减弱:淬火后经充分回火的金相组织→正火和回火的金相组织→正火后的金相组织。在热力学上越处于平衡状态的组织, 其抗应力腐蚀破裂性能越好。
3.2 控制硬度。
降低焊缝及热影响区的硬度, 可减少壳体及焊缝区的残余应力, 能有效防止应力腐蚀裂纹。首先要从焊接开始, 制定合适的焊接工艺, 保证焊后热处理的质量尤为重要。除焊前预热外, 还应按规范进行焊后热处理。H2S应力腐蚀的储罐中环焊缝附近 (气相区) 的焊接应力是始终存在的。该处壳壁吸附的水蒸汽凝聚成液膜, 因H2S溶入而形成湿H2S腐蚀环境, 超量的H2S加上应力的作用, 导致开裂。
3.3 控制制造质量。
在操作应力相同时, 焊缝区的残余应力在应力因素中起重要作用, 决定残余应力的是组装时的错边量和焊接时引起的角变形等。消除残余应力的有效手段是对储罐整体热处理, 不但能消除存在应力腐蚀的储罐的大部分焊接、冷却和组装中引起的残余应力, 还可降低硬度。如液化石油气储罐常用的16 Mn R低合金钢, 在潮湿的硫化氢环境中, 当温度在20~50℃时, 平均腐蚀速率为0.5~1.5mm。在室温条件下硫化氢气体对低合金高强度钢具有应力腐蚀开裂的敏感性, 在室温条件下溶于水溶液中的硫化氢及硫化物杂质更能引起和加速应力腐蚀开裂。对16 Mn R钢进行焊后热处理, 可使其耐应力腐蚀能力明显提高, 可用来制造液态烃罐。
3.4 降低介质的腐蚀性。
为控制液化石油气中的H2S含量, 应按照有关质量标准的规定, 制定新的脱硫、脱水工艺, 减少硫化氢含量, 使硫化氢分压小于350 Pa, 提高介质的碱度以减少吸氢量和减缓腐蚀速率, 或加缓蚀剂也可延缓其腐蚀速率。
结束语
根据天然气液体球罐ATK-101B的检测结果, 分析硫化氢腐蚀原理, 给出防护措施, 可以为大型石化储罐的安全稳定运行, 减少和避免环境污染, 设备使用寿命的延长和最佳检修决策, 提供安全保障。
摘要：根据天然气液体球罐ATK-101B的检测结果, 分析硫化氢腐蚀原理, 给出防护措施, 取得显著效果, 对于指导同类装置的安全运行、减少和避免环境污染、延长设备使用寿命和制定最佳检修措施有着积极推广和应用价值。
关键词：硫化氢,应力腐蚀原理,防护措施
参考文献
[1]巫云龙.化工腐蚀与防护[M].石家庄:河北科学技术出版社, 1994年出版.
应力腐蚀 篇6
金属材料在服役过程中由于承受的拉应力和腐蚀介质相互作用而产生低应力脆断的现象被称为应力腐蚀断裂。应力腐蚀在航空、核电、石油和汽车等工业领域中已经成为金属承力件失效的一种主要形式[1,2,3,4]。由于其破坏具有突然性特征,因此人们对各种金属材料的应力腐蚀行为进行了大量的研究,以期合理地选材,或采取有效的控制措施。
慢应变拉伸实验可以获得材料在应力腐蚀过程中各种力学参数的变化,并具有较高的灵敏性,因而被广泛用于研究材料的应力腐蚀敏感性,探讨应力腐蚀的机制和影响因素[5,6]。
为了实现对大量数据的处理和分类管理,为设计者和使用者提供腐蚀的基础数据,腐蚀数据库的建设引起了人们的重视。国家自然基金委持续地资助了材料自然环境腐蚀网络数据库的建设[7],从而有效地推动了腐蚀数据库的建设和应用。目前的腐蚀数据库主要是按照两种类型来建设的,一是按腐蚀介质分类,如海水腐蚀数据库[8]、大气腐蚀数据库[9]和CO2腐蚀数据库[10];二是按行业应用分类,如管道腐蚀数据库[11]和舰艇腐蚀数据库[12]。
目前还没有应力腐蚀数据库的相关报道,而应力腐蚀的实验周期很长,过程控制复杂,如果能够将分散的实验结果共享,将对控制应力腐蚀产生重大意义。为此,本课题组设计了能够对SSRT结果计算力学参数、判断应力腐蚀敏感性、分析断口特征、输出案例结论和储存腐蚀案例的应力腐蚀数据库。
1 应力腐蚀数据库的设计
图1是应力腐蚀数据库的设计流程图。数据库包括实验参数输入、实验数据计算和断口图片分析3个模块。数据库的数据可以来自实验原始数据,也可以取自文献资料,将数据输入程序,经过一系列计算、绘图和分析,给出具体材料在特定实验条件下的应力腐蚀敏感性综合评价;然后建立数据库,将该案例储存在数据库中,作为共享资源进行分类管理,以便查询、浏览、修改和对比分析等,并方便用户打印输出结果。
采用VB编程实现内部数据识别、图形绘制、参数计算及其模块的可视化界面,采用Microsoft Office Access建立数据库。通过添加ADO数据对象、建立DSN连接和ADO数据控件,以ADO连接方式实现数据库的连接。
2 实验参数输入模块
参数输入包括实验材料、腐蚀介质、外界条件、拉伸速率、试样标距、试样截面积、断口截面积和测试单位(或文献来源),对每个输入项建立一个独立的文本框控件(Text)。
如图2所示,一部分参数用于实验数据的力学性能指标计算,如拉伸速率、试样标距、试样截面积和断口截面积,在实验数据计算模块调用;另一部分则用于数据库中对该案例的定性描述,获得应力腐蚀的材料、环境和力学的相关性信息,在数据库模块调用。设置了“重新设置”、“取消”和“确定”按钮,便于管理者对录入数据的操作。
3 实验数据计算模块
将由慢应变拉伸实验测试的应力、应变、电位随时间变化的数据存为TXT文件,由数据计算模块导入该文件,绘制电位-时间和应力-应变曲线,对腐蚀介质中材料的力学性能进行计算,或与空气中拉伸的力学性能进行对比,选择应力腐蚀敏感性的判据。
系统根据数值大小自定义坐标,自动标注坐标和条件,实现曲线的绘制,并具有“局部放大”和“显示全部”功能。在程序中设计了曲线叠加功能,可以将腐蚀介质中的曲线和空气中的曲线同时显示,直观地进行比较。
对评价应力腐蚀敏感性的力学指标进行计算,断裂寿命为:
TF=Tmax (1)
式中:Tmax为时间数据的最大值。延伸率为:
undefined×100% (2)
式中:X为拉伸速率,TS为屈服点时间,L为标距。吸收能量J即为应力-应变曲线下的面积,采用分割积分的方式计算。断面收缩率按式(3)计算:
undefined×100% (3)
式中:AI和AF分别为试样初始和断裂时的横截面面积。塑性损失为:
undefined×100% (4)
式中:EI和EF分别为试样在惰性介质和腐蚀介质中的断裂延伸率。为了综合各种力学性能指标,定义应力腐蚀指数[13]:
undefined
式中:σF和σI分别为试样在腐蚀介质和惰性介质中的断裂强度,EF和EI分别为试样在腐蚀介质和惰性介质中的延伸率。
如图3所示,定义了两种应力腐蚀敏感性的定量判据:(1)塑性损失判据[14],如果PL>35%,体系具有应力腐蚀敏感性,PL<25%时无明显的应力腐蚀敏感性,而25%
4 断口图片分析模块
断口图片包括断裂试样断口的宏观照片和微观图片。根据断口形貌特征对图片进行分类,按照断裂应变分为韧性断裂和脆性断裂,按照断裂路径分为穿晶断裂、沿晶断裂和混合断裂,分别建立分类文件夹。
导入图片(.jpg或.bmp格式)后,先判断断裂的类型,以便将图片存储在相应的文件夹中。设置了比对功能,可以将数据库已有的各种断裂类型的图片调出,在同屏幕下显示,辅助确定断裂类型。在“图像分析”框中填写对断口图片的文字描述,对应力腐蚀敏感性进行评价。
除了按断裂类型分类外,也设置了材料名称和腐蚀介质类型,用户可以对比同种材料在不同介质中的断口形貌,或者对比同种介质中不同材料的断口形貌。程序设置了图片的查阅、调用、浏览、缩放等功能,以及文字描述的修改功能。
5 应力腐蚀案例数据库
在实验参数输入模块、实验数据计算模块和断口图片分析模块运行之后,设计了综合评价窗口,对实验结果建立数据库。数据库界面包括“应力-应变曲线”、“电位-时间曲线”、“断口图片”、“实验条件”、“图像分析”、“数据处理结果”和“案例结论”,所有内容直接从前面的模块中调用。这样用户就可从实验条件、具体数据、断口特征、特性曲线几个方面全面直观地认识材料在此实验条件下的应力腐蚀敏感性,指导实际应用。该界面作为一个独立的案例存储,成为共享资源,供用户调用,也可以直接输出打印。
6 应用案例
在含0.122g/L KCl、0.131g/L MgSO4·7H2O、0.483 g/L NaHCO3和0.127g/L CaCl2的模拟土壤液中,研究了Q235钢的SSRT,并与空气中的结果进行比较,该应力腐蚀案例数据库结果界面如图4所示。
计算结果表明,采用塑性损失作为应力腐蚀敏感性判据,其值为14.1%。由此可知在该条件下Q235钢应力腐蚀不敏感,同时与空气中实验结果相比,其它指标减小程度不大,也证明应力腐蚀敏感性较低。从图4中断口图片发现大量韧窝存在,说明该材料在土壤溶液中属于韧性断裂,不具备应力腐蚀的脆断特征。故案例的结论为Q235钢在该体系中不存在应力腐蚀敏感性。
7 结论
(1)采用VB程序进行编程,实现了实验参数输入、实验数据计算和断口图片分析3个模块可视化界面。
(2)通过界面操作,可以获得相关曲线、力学参数和断口形貌特征,对应力腐蚀敏感性进行综合评价。
(3)采用Microsoft Office Access建立数据库,以ADO方式实现数据库与可视化界面的连接,将分析结果作为案例进行储存和管理。
应力腐蚀 篇7
在天然气的运送中, 输送管质量的高低和性能的好坏以及直接关系到管线的腐蚀开裂程度, 因此, 输送管必须具有极高的抗腐蚀和抗开裂的能力。此外, 管线的维护也十分重要。工作人员要经常对输送管线进行检修, 不轻易放过发现的细微裂纹, 这种裂纹虽不能迅速裂变, 但会埋下隐患, 如果能够将其驱动力控制在合理的范围内, 就能有效降低其潜在的破坏能力, 从而预防各种事故的发生。
1管道应力腐蚀开裂的主要影响因素
所谓管道应力腐蚀开裂, 是指管线钢在一定的压力和腐蚀环境下所产生的开裂现象, 通常缩写为SCC。在天然气的运输过程中, 管线钢应力腐蚀开裂现象的产生是以下几种因素同时作用的结果。一是特定的腐蚀环境。这种环境通常指的是管道内外涂料保护层的脱落以及土壤、水质中碳酸、硝酸等腐蚀性元素的存在。这是影响输送管道腐蚀开裂最主要最直接原因。二是拉应力。拉应力主要是指在操作过程中产生的热应力、参与应力和工作应力等, 会对天然气管道产生破坏影响, 主要表现在拉应力的存在会导致管道应力产生集中现象从而造成材料钝化膜的破坏。三是管道本身的性能特质, 这主要与管道用材的质量性质、制材工艺以及其表面的清洁度等有直接联系, 如果输送管道是选用一般甚至是劣质的钢材制成, 且制作工艺粗糙, 没有做好表面的清洁工作, 管道就容易发生腐蚀、进而发生开裂。相反, 如果选材优良、制作精湛的钢材且做到表面清洁, 那么天然气输送管道的腐蚀破裂几率就会大大降低。
管线钢应力腐蚀开裂的产生, 输送管道的是在以上三种因素共同影响作用下而产生, 并不是由于某一个单纯的因素所导致。这几种因素相互关联, 也相互制约, 其中每两个因素的结合都会导致输送管道的腐蚀或开裂, 同样, 每削弱或消除一个因素, 相应地就会有另一个因素破坏力的减弱。一般而言, 在天然气的输送过程中, 往往是先有腐蚀现象, 最后才因腐蚀而发生开裂。所以, 解决的主要方案和途径就是先从造成管道腐蚀的原因入手, 防止腐蚀现象的出现, 这样才能有效防止管道的破裂。
2 p H值对管道应力腐蚀开裂的影响
除了上文所分析的特定的腐蚀环境、拉应力和管道本身性能外, p H值也对管线钢应力腐蚀开裂有一定的影响, 也应当引起足够的重视。
不同的p H值对管道腐蚀开裂情况的影响是不同的。国外的一系列相关文献、报告等资料显示, 以拉应力为主导因素的管道腐蚀开裂的现象多是在p H值为中性的条件下产生的, 这种情况下的腐蚀程度及开裂裂纹主要是由穿透钢晶粒所致。此外, 对于高p H值和低p H值的拉应力作用也有不同的研究, 对前者的研究较为久远, 已有几十年的历程。而对于低p H值的研究时间则相对较短, 在此则不再赘述。研究表明, 在高p H值条件下, 温度是影响管道腐蚀开裂的主要因素, 温度越高, 应力腐蚀开裂产生的可能性就越大。另外, 高p H值与中性p H值的管道应力腐蚀开裂发生在不同的压气站范围内, 高p H值的SCC常在压气站下游20km以内, 而中性p H值的SCC则多发生在压气站30km。在输送管道或土壤中加入一定的抑制剂可以有效组织高p H值下管道应力腐蚀开裂的问题的出现。而对于中性p H值下如何去防止管道的腐蚀开裂, 各国的研究尚处于空白阶段, 这就需要专业人员的不断努力和探索。
3预防管线钢应力腐蚀开裂的思考
了解了管道应力腐蚀开裂的原因后, 就要对症下药, 对可能出现的不好情况进行有效地预防。这种预防主要从以下几个方面着手:
3.1管道设计预防。在进行天然气输送管道设计时, 要充分考虑防腐涂层、裂纹监测等方面的情况。同时还要综合考虑其他方面。涂料的保护作用决定了涂料的选用对于输气管道的重要意义, 那些抗腐蚀性能力强的涂料无疑是最佳的选择。具体来说, 对于管道涂料的采用有三方面的要求。一是要具有极强的隔离能力, 也就是说它能够有效地将管道的钢材表面与容易引起腐蚀的环境隔开, 降低腐蚀现象的发生率。二是在进行管道涂料涂刷时要减少不必要的拉应力在管道表面的停留时间, 以免因增加拉应力而造成管道的腐蚀开裂。三是进行电极保护设置, 这主要是针对管道保护层发生脱落或受到其他损坏的情况而言的, 在这些情况发生时可以通过电流对管道进行阴极保护。
3.2加强天然气气质检测。天然气气质对输送管道具有或多或少的腐蚀作用, 所以在输送前, 要对天然气气质进行检测, 以保证管道在自身的抗腐蚀范围内输送天然气。H2S浓度的高低直接影响到天然气对输气管道是否具有腐蚀性, 所以天然气的气质检测要求设计生产专门的检测仪器进行监测, 否则将不能有效地监测和控制H2S的浓度。对于那些不得不通过该管道输送的、H2S浓度高的天然气, 则要在运输前假如一定量的缓蚀剂, 以减少其对输送管道造成的伤害, 将管道腐蚀开裂的可能性降到最低。
3.3提高管道选材要求。天然气输送管道的选用, 要充分全面考虑各种可能影响到管道腐蚀开裂的因素。实践证明, P、Mn两种合金的应用, 能提高管道的抗腐蚀力, 从而降低其腐蚀开裂现象发生的概率。此外, 在管道的焊缝处进行退火处理也能避免腐蚀开裂问题的出现。总之, 要严格选材要求, 避免出现更多的问题。
结束语
对于管线钢应力腐蚀开裂问题的研究, 与国外相比, 我国还存在着一定的差距。因此, 我国管道研究人员应在本国具体实际的基础上, 学习借鉴国外的研究方式、关注收集其研究成果, 不断在钢材结构成分、防腐保护层以及其它方面进行探索, 努力研究出新的成果, 为我国天然气管线钢应力的腐蚀开裂问题的解决提供更多更好的建议和方式。此外, 一线的管道工作人员也应注意观察实际情况, 并能在自己所积累的专业知识和多年实践经验的基础上对管道腐蚀开裂问题的研究提出建设性意见, 以帮助研究人员进行探索研究。
摘要：在天然气石油等的输送过程中, 往往会发生管道的腐蚀开裂问题, 然而同时, 随着能源需求量的不断增大, 高压力长距离的输送方式正在被广泛采用, 这也就对管道的抗腐抗裂能力提出了更高的要求。本文以天然气输送管线钢应力腐蚀开裂的主要影响因素为切入点, 从管道设计、天然气气质检测以及管材的选用三个方面分别进行分析, 提出了相对应的解决措施, 希望能对天然气输送过程中, 管道的腐蚀开裂问题的解决提供有意义的借鉴和参考。
关键词：天然气输送,管道腐蚀开裂,拉应力
参考文献
[1]孙志宇, 谢丽华, 蒲春生.国外输气管线止裂韧性预测的研究进展[J].国外油田工程, 2005 (8) .
[2]冯耀荣, 庄传晶, 李鹤林, 马宝钿, 杜百平, 金志浩.不同温度下两种管材应力应变特性的研究[J].油气储运, 2000 (12) .
应力腐蚀 篇8
一、H2S对储罐的应力腐蚀
早在20世纪50年代初, 美国就开始研究H2S的应力腐蚀问题。经过几十年的探索, 美国腐蚀工程师协会 (NACE) 提出, 液化了的石油气, 在有液相水的情况下, H2S的气相分压>0.00035MPa时, 就存在H2S对设备的腐蚀和破坏的危险性。日本自1962年开始研究, 经过20多年的研究和实践, 已在解决高强度钢的H2S应力腐蚀方面取得了一定的成功, 制订了《高强度钢使用标准》, 明确规定了不同程度级别的钢种允许储存H2S浓度的限定值。我国在这方面的研究也取得了较大进展, 中国石化总公司为避免H2S对输送和储存设备的应力腐蚀, 对液化石油气中的H2S含量规定为10ppm以下。根据我国目前的状况, 油田轻烃中多数未经精制, H2S和水的含量普遍较高。近年来在许多储罐相继开罐检查中发现的裂纹, 其中有相当数量的裂纹属于H2S引起的应力腐蚀裂纹。
二、H2S应力腐蚀预防措施
1. 合理选材。
H2S应力腐蚀破裂与材料的强度、硬度、化学成分及金相组织有密切关系。
(1) 强度与硬度。随着材料的强度提高, 应力腐蚀破裂的敏感性也在提高, 产生破裂临界应力值σTh与材料屈服极限σS的比值也就越小。除了强度外, 硬度也是重要因素, 并且存在着不发生破裂的极限硬度值。实践证明, 当材料的HB≤235 (HRC≤22, HV10≤247) 时, 采用含Mn量在1.65%以下的普通碳素钢及低合金钢制压力容器, 经焊后消除应力热处理后, 不会发生H2S应力腐蚀破坏。对于使用更高强度的合金钢, 美国腐蚀工程师协会 (NACE) 提出如下意见:对于淬火或正火的合金钢, 应采用621℃以上的温度回火, 使RC≤22 (HB≤235) σS≤630MPa;焊后要进行621℃以上的焊后热处理, 并使RC≤22 (HB≤235) ;经冷变形加工的钢材, 最低热处理温度为621℃, 消除加工应力并使RC≤22 (HB≤235) 。
(2) 化学成分。化学成分中的各种元素, 对应力腐蚀裂纹的形成影响是不一致的。有害元素Ni、Mn、Si、S、P等, 在设计时要限制其含量。防止H2S应力腐蚀有益的元素有Cr、Mo、V、Ti、B等, 加入少量的Cr、Mo元素能起到细化晶粒的作用, Mo元素在调质或正火钢板的热处理中能生成碳化物, 易于除掉固溶碳, 还能防止有害元素Si、P的晶间偏析。元素V、Ti、B可以提高钢材的相变点温度, 提高钢板的淬透性, 易于形成晶粒细化的回火马氏体组织, 但元素V量大时对焊接不利。HGJ15-89中规定, 在湿H2S应力腐蚀环境中, 使用的化工容器用碳钢及低合金钢 (包括焊接接头) 的化学成分应符合下列要求:母材, Mn≤1.65%, Ni≤1% (尽可能不含) , Si≤1.0%;焊缝金属, C≤0.15%, Mn≤1.6%, Si≤1.0%, Ni≤1.0% (尽可能不含) 。
(3) 金相组织。金相组织对抗H2S应力腐蚀破裂影响很大, 其抗破裂能力按以下顺序减弱:回火马氏体组织在铁素体基体加球状碳化物组织→淬火后经充分回火的金相组织→正火和回火的金相组织→正火后的金相组织→未回火的网状淬火马氏体和贝氏体。总之, 凡是晶格在热力学上越处于平衡状态的组织, 其抗应力腐蚀破裂性能越好。
2. 降低焊缝及热影响区的硬度, 减少壳体及焊缝区的残余应力, 能够有效防止应力腐蚀裂纹。
降低焊缝区的硬度首先要从焊接开始, 除了焊前预热外, 还应适当加大储罐上环缝的焊接线能量, 因为线能量增大, 能放慢焊缝区的冷却速度, 不但能降低硬度, 还能起到稳定金相组织的作用。当然, 适当加大横焊缝的线能量, 要因钢板和焊条的性能而异, 还要有优秀焊工的配合, 搞不好会出现过多的飞溅物和引起“咬肉”现象增加。“咬肉”处出现的麻点坑是应力腐蚀裂纹的重要起裂点之一, 切不可马虎。近年来对许多在H2S应力腐蚀的储罐开罐检查, 发现环焊缝附近 (气相区) 出现的裂纹多数是由于输入线能量小、冷却速度快而引起硬度增加所至。同时, 由于该处壳壁吸附的水蒸气凝聚成水珠, 同H2S气体进行电化学反应, 大量的氢存在, 又加速了该部位裂纹的扩展。
3. 严格控制制造质量。
在操作应力相同时, 焊缝区的残余应力在应力因素中起重要作用。消除残余应力的有效手段是对储罐进行整体热处理, 对存在应力腐蚀的储罐整体进行热处理不但能够消除大部分焊接、冷却和组装中引起的残余应力, 而且还是降低硬度的重要措施之一。例如, 液化石油气储罐常用的16MnR低合金钢, 我国有关腐蚀数据手册中指出:这类钢在潮湿的硫化氢环境中, 当温度在20℃~50℃时, 平均腐蚀速率在0.5~1.5mm之间。美国金属学会主编的《金属手册》中也指出:在室温条件下, 硫化氢气体对于低合金高强度钢具有应力腐蚀开裂的敏感性。在室温条件下溶于水溶液中的硫化氢及硫化物杂质对于低合金高强度钢在硫的作用下, 更能引起和加速应力腐蚀开裂, 而16MnR钢进行了焊后热处理, 可使它的耐应力腐蚀能力明显提高, 故而可用来制造液态烃罐。
4. 降低介质的腐蚀性。