鍋爐壓力容器的應(yīng)力腐蝕破裂

    腐蝕破裂是因介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕而造成的結(jié)構(gòu)破裂。金屬材料的腐蝕有多種，按腐蝕機(jī)理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕；按腐蝕介質(zhì)可分為氧腐蝕、硫腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕等；按腐蝕部位和破壞現(xiàn)象，可分為均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等。在鍋爐壓力容器部件的腐蝕中，應(yīng)力腐蝕及其造成的破裂是最常見、危害最大的一種。

    一、應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)

    金屬構(gòu)件在應(yīng)力和特定的腐蝕性介質(zhì)共同作用下，被腐蝕并導(dǎo)致脆性破裂的現(xiàn)象，叫應(yīng)力腐蝕破裂。應(yīng)力腐蝕是特殊的腐蝕現(xiàn)象和腐蝕過程，應(yīng)力腐蝕破裂是應(yīng)力腐蝕的最終結(jié)果。應(yīng)力腐蝕有以下特點(diǎn)：

    1.引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，且應(yīng)力可大可小，極低的應(yīng)力水平也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞。應(yīng)力既可由載荷引起，也可是焊接、裝配或熱處理引起的殘余應(yīng)力。

    2.純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質(zhì)都會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。各種工程實(shí)用材料幾乎都有應(yīng)力腐蝕敏感性。

    3.產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間有選擇性和匹配關(guān)系，即當(dāng)二者是某種特定組合時(shí)才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

    4.應(yīng)力腐蝕是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過程，包括應(yīng)力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展等階段，失穩(wěn)擴(kuò)展即造成應(yīng)力腐蝕破裂。

    二、鍋爐壓力容器中常見的應(yīng)力腐蝕

    1.液氨對(duì)碳鋼及低合金鋼容器的應(yīng)力腐蝕 液氨儲(chǔ)器在充裝、卸放及檢修時(shí)，難免進(jìn)入空氣。接觸了空氣的液氨，在氧及二氧化碳的參與下，在應(yīng)力特別是焊接殘余應(yīng)力的作用下，對(duì)鋼材有強(qiáng)烈的腐蝕作用，使之產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，并多產(chǎn)生于焊縫部位。鋼材強(qiáng)度越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大。最終導(dǎo)致容器破裂。

    2.硫化氫對(duì)鋼制容器的應(yīng)力腐蝕 濕的硫化氫，加上應(yīng)力特別是焊接殘余應(yīng)力，可對(duì)鋼制容器產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力腐蝕，且在20℃左右的溫度下最為嚴(yán)重。

    3.苛性堿對(duì)鍋爐鍋筒或容器的應(yīng)力腐蝕（堿脆或苛性脆化） 這種應(yīng)力腐蝕一般需要三個(gè)條件：較高的溫度、較高的苛性堿濃度及較高（達(dá)到鋼材屈服點(diǎn)）的拉伸應(yīng)力。在鍋爐鍋筒的脹口、鉚縫等部位，有可能滿足上述三個(gè)條件，常由這些部位開始形成應(yīng)力腐蝕開裂。含堿容器的接管、法蘭部位及其他應(yīng)力集中部位，也有堿脆開裂的例證。

    4.氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼容器的應(yīng)力腐蝕 無論是高濃度的氯離子，還是高溫高壓水中微量的氯離子，均可對(duì)奧氏體不銹鋼造成應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕裂紋常產(chǎn)生在焊縫附近，最終造成容器破裂。

    5.潮濕條件下一氧化碳對(duì)氣瓶的應(yīng)力腐蝕 工業(yè)一氧化碳?xì)怏w中常含有二氧化碳和水分，在氣瓶反復(fù)充裝、應(yīng)力交變的條件下，氣瓶會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋甚至破裂。

    三、應(yīng)力腐蝕破裂的基本特征

    1.應(yīng)力腐蝕破裂屬于脆性破裂，斷口平齊，沒有明顯的塑性變形，破裂方向與主應(yīng)力方向垂直。

    2.應(yīng)力腐蝕是一種局部腐蝕，其斷口一般可分出裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)破裂區(qū)兩部分，前者顏色較深，有腐蝕產(chǎn)物伴隨，后者顏色較淺且潔凈。

    3.應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展過程中會(huì)發(fā)生裂紋分叉，即有一主裂紋擴(kuò)展得最快，其余是擴(kuò)展得較慢的支裂紋。

    4.引起破裂的因素中均有特定介質(zhì)和拉伸應(yīng)力。

    四、應(yīng)力腐蝕破裂的預(yù)防

    1.選用合適的材料，盡量避開材料與敏感介質(zhì)的匹配，比如不用奧氏體不銹鋼容器作接觸海水及氯化物的容器。

    2.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及布置中避免過大的局部應(yīng)力。

    3.采用涂層或襯里，把腐蝕性介質(zhì)與容器承壓殼體隔離，并防止涂層或襯里在使用中損壞。

    4.在制造中采用成熟合理的焊接工藝及裝配成形工藝，并進(jìn)行必要合理的熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力及其他內(nèi)應(yīng)力。

    5.應(yīng)力腐蝕常對(duì)水分及潮濕氣氛敏感，使用中應(yīng)注意防濕防潮，對(duì)設(shè)備加強(qiáng)管理和檢驗(yàn)。