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。