不锈钢应力腐蚀原理及防治方法PPT课件

1 应力腐蚀开裂StressCorrosionCracking 应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂 或断裂 的现象 叫做金属应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂 简称SCC 是指金属材料在固定拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性开裂 2 不同情况引起的应力腐蚀开裂 1 由于弯曲残余应力引起的该裂纹多为纵向形式 3 2 从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹 4 3 由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹 5 4 外在应力的存在导致应力开裂 6 1 产生应力腐蚀开裂必须同时具备三个基本条件 即敏感的金属材料 足够大的拉伸应力和特定的腐蚀介质 应力腐蚀开裂的特征 2 发生应力腐蚀开裂的主要是合金 几乎所有金属的合金在特定的环境中都有一定的应力腐蚀敏感性 例如 纯度达99 99 的铜在含氨介质中不会腐蚀开裂 但含有0 04 磷或0 01 锑时 则发生开裂 材料因素 力学因素 环境因素 SCC 7 3 特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生SCC 4 应力腐蚀裂纹形态有三种 晶间型 穿晶型和混合型 晶间型是指裂纹沿晶界扩展 如软钢 铝合金 铜合金 镍合金等 8 5 应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结构 裂纹走向垂直于应力方向 9 根据应力腐蚀断裂的现代观念比较集中的有三种理论 即阳极溶解机理 阳极溶解起控制作用 氢脆机理 阴极过程放出氢原子进入基体 导致材料脆断 阳极溶解和氢脆共同作用的机理 1 阳极溶解机理 应力腐蚀断裂主要是指金属材料在静拉应力与腐蚀介质共同作用下 由于裂纹尖端区阳极溶解过程控制引起脆断 APC SCC 属于这类机理的有低碳钢 铝合金和铜合金的SCC 应力腐蚀断裂的机理 10 滑移 溶解 断裂机理 奥氏体不锈钢 该理论至少包括四个过程 表面膜的形成 应力作用下金属产生滑移引起表面膜的破裂 裸露金属的阳极溶解 裸露金属再钝化 在应力作用下 位错沿着滑移面运动 在表面产生滑移台阶 表面膜产生局部破裂 露出活泼的 新鲜 金属 有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化 活化微电池 伴随阳极溶解产生阳极极化 使阳极周围钝化 在蚀坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜 随后在拉应力继续作用下 蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中 而使钝化膜再次破裂 造成新的活性阳极区 如此反复 造成纵深穿晶的裂纹 11 12 2 氢脆机理 认为 金属材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下 由于阴极还原反应产生的氢原子扩散到裂纹尖端的金属内部引起并控制脆断 这种应力腐蚀称为氢脆型SCC HE SCC 也称氢的滞后开裂 13 1 应力来源 1 工作应力 设备和部件在工作条件下所承受的外加载荷 2 残余应力 金属材料在生产过程和加工过程中 在材料内部产生的应力 如冷轧 冷拔 冷弯 冷作 机械加工 焊接 热处理过程中产生的残余应力 3 热应力 由于温度变化而引起的残余应力 4 结构应力 由于设备 部件的安装与装配而引起的应力 外加应力愈大 材料断裂时间愈短 影响应力腐蚀断裂的因素 14 应力作用 1 破坏钝化膜 15 应力作用 2 加速Cl 和OH 的吸附溶解 16 1 特殊离子及其浓度的影响 氧浓度 氯化物浓度影响如图所示 2 介质环境因素 17 2 温度 一般来说 温度升高 SCC容易发生 但温度过高 由于产生全面腐蚀 而抑制了应力腐蚀 18 3 溶液中pH值的影响 对不锈钢而言 pH值增加减缓了应力腐蚀 19 在不锈钢中加入Si Co有利于提高抗SCC性能 但含有周期表第V类元素N P As Sb Bi有有害的 Mo 4 能提高抗SCC性能 3 合金成分的影响 20 我们公司明显属于应力腐蚀开裂的情况出现过不少1 603分厂压缩机工段冷凝器管板焊缝开裂2 606分厂氨冷凝器管板与换热管焊缝开裂3 609分厂塔内冷器管板与换热管焊缝开裂a换热管材料都是304不锈钢 b开裂处都为管板与换热管焊接处及焊接热影响区 存在焊接残余应力 c壳程都是循环水 换热温度都超过60 在管板与换热管缝隙处氯离子富集 浓度高特定的合金 一定的应力 特定的腐蚀环境 造成了应力腐蚀开裂 21 渗透后的明显裂纹 22 1 列管式换热器的使用 如果工艺允许 建议循环水尽量走管程 既能避免氯离子的富集 也容易清洗水垢 2 列管式换热器中需冷却的物料温度控制尽量在60 以下 如果超过80 的要特别注意3 物料中有易造成不锈钢SCC发生的环境时 一定要在设备条件中提出 特别是卤素离子 Cl Br 等 以便于提前预防与避免 4 解决发生SCC的三条途径a降低温度 高于60 的物料在用循环水冷却前 可以采用能量耦合 风冷等形式 先将物料温度降低到60 以下 再用水冷 b消除应力 车间将SCC所涉及的温度 物料成分提清楚后 设备制造单位在制造时可采用减小焊接电流 控制焊接速度 控制层间温度在90 以内 整体消除应力 在受应力的合金表面进行喷砂 锤敲等处理 使表面层处于压应力状态