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摘要：对于压力容器的应力腐蚀破裂，由于其危害性较大且不易被发现，因此受到广泛重视。文章就压力容器的应力腐蚀破裂的定义、现象与特征、腐蚀机理、低碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢的应力腐蚀破裂与控制进行了论述，对有效防止应力腐蚀破裂将起到有益的作用。
关键词：压力容器；应力腐蚀；预防措施；安全运行
引言
应力腐蚀造成的压力容器破裂，对压力容器的安全运行危害性较大，且不易早期发现。预防压力容器的应力腐蚀破裂，要从设计选材、制造工艺、使用管理、运行工艺流程等环节着手，严格执行有关规范和管理规定，杜绝违章操作和无证上岗，高度重视压力容器的定期检验工作，如此，方可保证压力容。
1 应力腐蚀破裂的特点分析
根据应力腐蚀破裂的定义可以知道，产生应力腐蚀破裂需要有两个条件同时作用，即腐蚀介质以及静拉伸应力。因此，应力腐蚀破裂的特征主要有两个方面。第一，需要有一定的静拉伸应力作用。一般来讲，容器材料本身具有一定的屈服强度，发生应力腐蚀破裂的拉伸应力一般都会比材料的屈服强度值低，并且应力腐蚀破裂引起的断裂时间与拉伸应力成反比，即拉伸应力越小，时间越长。当拉伸应力低于某个值而不会再形成断裂时的应力数值叫做应力腐蚀破裂门槛值（用KISCC表示）。第二，产生破裂的腐蚀介质是特定的，不是所有的材料都会形成应力腐蚀破裂现象，一般是合金才会形成这种现象，而纯金属一般是不会产生的。在拉伸应力作用的条件下，金属在腐蚀介质中的腐蚀速度一般不大。另外，金属的断裂速度的数量级一般是在10-3~10-1cm/h范围内，该数值比在没有应力作用下金属的腐蚀速度大很多，但是又比没有腐蚀介质时的腐蚀速度小，而且这种断裂所形成的断裂口一般是脆断型的。
2 压力容器常用材料的应力腐蚀破裂与控制
2.1 碱性介质中的碱脆开裂
2.1.1机理
首先需要明确这两种金属的破裂机理是属于哪一种才能选择正确的控制方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在热浓的氢氧化钠溶液中，低碳钢和低合金钢的断裂裂纹呈现树枝状，裂纹的宽度一般可达到1~2mm，对其断裂电位进行测量时发现，电位一般在-700mV左右，并且由碳、氮、硫、砷、磷等偏析引起的晶间活化区也是一个重要特征，晶间活化区并不是由Fe3C作用引起的，因为Fe3C是阴极相，同时断裂的裂纹沿着基体与Fe3C的界面扩展，加上拉伸应力的作用，金属的Fe由Fe转变到FeO22-进行溶解，这一反应的过程会产生氢并且向无膜的金属中渗透。综上，低碳钢和低合金钢呈现出阳极溶解型应力腐蚀破裂。
2.1.2 影响破裂的因素
首先，介质因素。形成这种断裂的一个基本介质条件是热浓的碱液，浓度与碱脆的敏感性成正比，即浓度越高，敏感性越大。并且对溶液的浓度有一定要求，必须大于60℃。其次，力学因素。这种断裂的时间与应力大小成反比，即应力降低，时间增加。最后，金属学因素。断裂的敏感性和时间与金属本身的特性有关，一般说来，金属的碳含量越高则敏感性越高；晶粒度增大，金属断裂的敏感性也会增加；而Fe3C在晶界形成沉淀，反而会降低敏感性。
2.1.3 控制措施
首先，在材料选择方面，可以综合考虑强度、塑性、碱脆敏感性三个方面的因素选择比较合适的碳钢材料，一般说来，最适合的碳钢材料标准是含碳量约为0.2%的镇静钢。其次，在装配焊接过程中的残余应力要相应减低，有助于减小焊接过程中的错边、棱角度及缝隙泄漏等问题，并且可以及时消除焊后应力影响。对于锅炉等装置要尽量减少游离的氢氧化钠的含量。加入缓蚀剂，常用的有Na3PO4、NaNO3、NaNO2、Na2SO4等；当NaNO2/NaOH比值大于0.4、Na2SO4/NaOH比值大于5时，即可阻止碱脆的发生。
2.2 奥氏体不锈钢在氯化物水溶液介质中的应力腐蚀
不锈钢可分为三大类：铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢的耐蚀性优于其他两类，而且由于是面心立方结构，易于加工成型，并且具有较好的力学性能，因此应用较广。奥氏体不锈钢正是由于具有面心立方结构，即使在很小的应力作用下，也能发生滑移，所以，此类不锈钢更易发生应力腐蚀破裂。氯化物水溶液在比较高的温度下水解生成气体HC1，HCl溶于水生成盐酸，若有H2S同时存在，HCl和H2S相互促进构成了循环腐蚀。氯离子起到了促进钝化膜的破坏作用，奥氏体不锈钢在氯化物水溶液中的应力腐蚀破裂，阳极溶解起到了主要的控制作用，而阴极反应析出的氢，能够进入不锈钢，起着协助作用，促进腐蚀与滑移，应力是引起滑移形变，局部的破坏保护膜。随着氯化物溶液浓度的增加，即氯离子浓度的增加，奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的敏感性增加；但是如果溶液中氯化物浓度过高，却可使其发生破裂的时间有所延缓；随着温度的升高，裂纹产生、扩展、破裂的时间均减小；溶液的PH值越低，不锈钢的腐蚀速率越大，破裂时间越短。在不锈钢中对于增加稳定奥氏体组织有利的元素(如碳、氮、锰、钴、镍等)将增加不锈钢应力腐蚀破裂的敏感性；相反，对于稳定增加铁素体组织有利的元素(如铬、钨、钼、铌、硅、钛、钒等)，将降低应力腐蚀破裂的敏感性。另外，对于表面处理来说，普通机械抛光较真空退火和电解抛光具有更大的破裂敏感性，这主要是因为电解抛光能使表面形成良好的钝化膜。预防应力腐蚀开裂的措施：第一，合理选用容器制造材料。选用含镍量高的奥氏体不锈钢、纯铁素体不锈钢、复相不锈钢、含硅元素的奥氏体不锈钢或复相不锈钢等。第二，采用科学合理的制造工艺措施，如：焊后热处理、表面喷丸处理等，有效地消除残余应力。第三，使用中合理改善介质性质，如：降低溶液中的氯离子和氧气的含量、采用缓蚀剂(最常用的缓蚀剂有磷酸盐和铬酸盐等)，降低介质的腐蚀倾向。第四，合理选用容器运行工艺参数。由于6O℃以上才能出现奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂，因此，在操作上，应尽量避免不必要的过热现象。
3 压力容器的安全运行管理
第一，是对所使用的压力容器建立详细的设备档案使设备的设计、制造、检验、维护等各项事务具有全程可追溯性，一旦发生设备事故或其他需要查实某个环节有关信息的情况时，有据可依。第二，是要制定严格、科学的设备操作规程并在设备的使用过程中严格执行。由于违规操作或使用不当造成压力容器发生安全事故，在事故总量中占相当大的比例。因此，严格执行科学的操作规程对保障压力容器的安全运行也是至关重要的。第三，是要积极主动地接受有关管理部门的安全监察和检验部门的定期检验对必须整改的问题，一定要按检验报告的要求，及时整改到位，不得无故拖延和敷衍了事。第四，是压力容器的操作人员，必须按特种设备的管理要求，持证上岗。对未取得相关操作证的操作人员，必须进行必要的专业培训，在取得相关操作证后方可操作相应的设备，否则，严禁上岗。第五，是要严格按照压力等级限制和工作介质要求使用压力容器，不得擅自变更压力容器的用途和超限使用压力容器。
结束语
应力腐蚀破裂对压力容器的安全运行危害性较大，不易早期发现。预防压力容器的应力腐蚀破裂，要从设计选材、制造工艺、使用管理、运行工艺流程等环节着手，严格执行有关规范和管理规定，高度重视压力容器的定期检验工作，杜绝违章操作。
参考文献：
[1]洪志明.浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施[J].内蒙古科技与经济.2009(06).
[2]张广琳，姜德林.压力容器应力腐蚀及其控制措施探析[J].民营科技.2009(04).
[3]杨洲，李明君.浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施[J].内蒙古石油化工.2007(05).
论文作者:陈学军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/27
标签：应力论文; 压力容器论文; 奥氏体论文; 不锈钢论文; 敏感性论文; 介质论文; 金属论文; 《防护工程》2018年第24期论文;