化工设备的腐蚀与防护课件

化工设备腐蚀

合肥通用机械研究院15.1金属材料腐蚀知识概述5.1.1腐蚀分类a、按腐蚀机理分类：

电化学腐蚀、化学腐蚀b、按腐蚀破坏形式分类：均匀腐蚀、局部腐蚀局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、成分选择性腐蚀等c、按腐蚀环境分类：高温腐蚀、湿腐蚀、土壤腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、钒腐蚀、氧腐蚀、盐腐蚀、环烷酸腐蚀、氢腐蚀、硫化氢腐蚀、连多硫酸腐蚀、海水腐蚀、硫化氢-氯化氢-水型腐蚀、硫化氢-氢型腐蚀、硫化氢-氧化物-水型腐蚀等235.1.2金属电化学腐蚀原理与阴阳极反应放入水或其他电解质中有电极电位差存在

按伽凡尼电位序钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(A1)、锌(Zn)、镉(Cd)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钖(Sn)、铝(Pb)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)

可能导致电位差的因素不同材料、同一材料内的化学或物理性质不均匀（成分偏析、金相组织差异、残余应力（焊接、冷变形））4典型的阴极反应在酸性水溶液中2H++2e-H2在酸性水溶液中有溶解氧存在时2H++1/2O2+2e-H2O在脱气的碱性溶液中H2O+e-1/2H2+OH-溶液中存在高价金属离子CuCu2++2e-Cu在含氧的碱性溶液中H2O+1/2O2+2e-2OH-有机化合物的还原RO+4e-+4H+RH2+H2OR+2e-+2H+RH2溶液中的氧化性酸或负离子还原NO3+2H-+e-NO2+H2O55.1.3化工设备常见的电化学腐蚀类型1.点蚀点蚀现象孔蚀是高度局部的腐蚀形态。金属表面的大部分不腐蚀或腐蚀轻微,只在局部发生一个或一些孔。孔有大有小，一般孔表面直径等于或小于孔深。点蚀机理：Cl、Br、I使钝化膜破损、电位差、闭塞电池、PH值下降、Cl离子进入、HCl形成等防止点蚀的措施：1、含Mo不锈钢2、酸洗钝化3、避免死角、保证介质流动顺畅6铝的点蚀现象碳钢的点蚀现象72.缝隙腐蚀现象：一种特殊的点蚀现象,常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物、螺栓帽和铆钉下的缝隙中积存的少量静止溶液有关。不锈钢对缝隙腐蚀特别敏感机理：Evans理论——内外金属离子浓度差形成浓差电池Fontane-Greene——氧浓差理论，缝隙内外氧的浓度差形成浓差电池作用。缝隙内局部优先溶解，发生阴极和阳极反应。氧消耗使缝隙内阴极反应受抑制，生成的OH-减少，Cl-补充进入缝隙——生成金属盐——水解生成盐酸——pH值降低——腐蚀加剧避免缝隙腐蚀的措施与点蚀相同83.电偶腐蚀机理：两种不同电位金属电极构成的宏观原电池的腐蚀电位低的成为阳极，腐蚀加剧。电位高的为阴极，腐蚀减轻。减少电偶腐蚀倾向的措施1、选用电位差小的金属组合2、避免小阳极、大阴极，减缓腐蚀速率3、用涂料、垫片等使金属间绝缘4、采用阴极保护94.晶间腐蚀奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式在晶界及附近区域发生选择性腐蚀主要危害——使金属破碎、强度丧失1Cr18Ni9晶间腐蚀Inconel800晶间腐蚀10导致晶间腐蚀的常见介质：

容易使Cr-Ni奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的常见介质种类很多，下面仅列出其中的一部分供参考。

硝酸+盐酸、硝酸、硝酸+氢氟酸、硝酸+醋酸

硝酸+氯化物、氟化物、硝酸+硝酸盐、磷酸

磷酸+硝酸、乳酸、磷酸+硫酸、甲酸，

尿素甲铵液硫酸+硝酸、硫酸、硫酸+甲醇、硫酸铜

硫酸+硫酸亚铁、硫酸+硫酸铵、氢氟酸、硫酸+硫酸铜

人体液、硫酸铁+氢氟酸、氯化铁

11判定敏化的TTS曲线1213是一种选择性腐蚀机理，合金的一个或多个成分被优先侵蚀，剩下一个低密度的多孔组织，机械性能显著降低主要为铜合金(黄铜、青铜、锡)以及合金400和铸铁。损伤外观１）损伤后，通常颜色有变化和深度浸蚀的外观，有些合肉眼检查时可能不明显。２）沿横截面的侵蚀是均匀的（层形）或是局部的（插入形）。３）有时完全脱合金但外观尺寸没有明显变化。受影响部位１）埋地铸铁管道。２）换热管(黄铜、铝黄铜)对半咸水或海水脱合金腐蚀敏感。３）锅炉系统设备，包括青铜泵、蒙乃尔粗滤器和黄铜压力计管配件等，可能遭遇脱合金腐蚀。成份选择性腐蚀14合金和遭遇脱合金的环境的组合合金环境脱除的元素黄铜(>15%Zn)*多种水，尤其是停滞状态的水锌(脱锌)灰铸铁土壤、多种水铁(石墨腐蚀)铝青铜(主要含>8%Al)氢氟酸，含氯离子的酸、海水铝(脱铝)硅青铜高温蒸汽和酸性种类硅(脱硅)锡青铜热盐水或蒸汽锡(脱锡)铜镍合金(70-30)高的热通量和低的水流速度镍(脱镍)蒙乃尔氢氟酸和其它酸镍(脱镍)热氢氟酸中氧污染引起的蒙乃尔合金阀塞(阀口处)上的脱镍区域成份选择性腐蚀15防护/缓解１）添加某些合金元素有时可提高抗脱合金腐蚀能力，如铜合金添加锡、耐酸黄铜添加磷、锑或砷、热处理产生α和β微观组织可防止铝铜合金的脱铝。２）通过改变暴露条件或用耐腐蚀材料替换它加以防止。３）阴极保护或阻挡封闭层可能是有效。检查与检验１）观察颜色变化，黄铜的脱合金后腐蚀呈现为粉红色、古铜色，石墨腐蚀使铸铁变为炭灰色，并且材料可用刀切割或钻凿。２）可应用声学方法和超声波衰减方法；金相法。３）脱合金后硬度降低，脆性增加，强度下降。

成份选择性腐蚀硅-黄铜合金脱锌后留下多孔红色铜165.应力腐蚀破裂材料在应力和腐蚀介质共同作用下的破裂，简称SCC(StrainCorrosioncrack)三个必要条件——应力（一般指拉应力）、腐蚀介质、敏感的材料重要影响因素——温度、介质组分、材料成分、微观组织状态、应力应力来源——工作载荷、焊接残余应力、冷变形应力、热应力等开裂特点——与主要的应力源应力方向垂直、在扩展过程中一般会发生分叉现象176.氢致开裂湿硫化氢环境下的一种钢的损伤形式机理：在湿硫化氢环境中钢发生电化学腐蚀过程中产生的氢原子进入钢中,并在钢的内部缺陷部位(主要是非金属夹杂物与金属基体的界面)聚集成氢分子，使局部压力升高到104MPa炼油装置中容易发生氢致开裂的设备：

汽油稳定蒸馏塔顶冷凝器、加氢脱硫装置中的成品冷却器、汽提塔塔顶冷凝器、油田集输油管线氢致开裂的特点

主要在塑性夹杂物部位开裂、裂纹有分段、并平行于钢板表面等特征。187.氢腐蚀和高温损伤机理：钢暴露于高温高压氢环境中，氢吸附、渗透及扩散等过程进入钢的内部，并于钢种的碳元素发生化学反应，生成甲烷（CH4），同时使钢的的局部发生脱碳现象。随着甲烷气体在微观缺陷部位（主要是晶界处）的聚集，导致内压升高并引发裂纹的产生。化学反应式：Fe3C+4H=3Fe+CH4氢腐蚀的判定：奈耳逊曲线（1997年版）发生的条件：温度、氢分压微观特征：表面——脱碳现象内部——局部脱碳现象、晶界裂纹典型装置——合成氨装置中的氨合成塔19由于暴露在高温和高压氢中造成的。氢与钢中的碳化物反应生成甲烷（CH4），甲烷压力增大，形成气泡或空腔、微裂隙和裂隙。碳化物的损失导致强度的整体损失。按抗高温氢侵蚀能力增强的顺序：碳钢、C-0.5Mo、Mn-0.5Mo、1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V、3Cr-1Mo、5Cr-0.5Mo和具有不同化学成分的类似钢。影响因素１）温度、氢分压、时间和应力。使用暴露时间是累积的。２）侵蚀之前通常无法检测出特性的显著变化。３）潜伏期是在其期间利用可用的检测方法测定出已发生损伤的时间段，从极为苛刻的工况下的几小时到若干年不等。高温氢腐蚀20４）300系列以及5Cr、9Cr和12Cr合金在炼油装置常见工况下对高温氢侵蚀不敏感。５）碳钢和低合金钢的温度/氢分压安全运行的曲线（Nｅｌｓｏｎ）对氢分压达到70MPａ左右的碳钢而言是相当保守的。６）所有与热氢有关的装置和超高压蒸汽使用环境中的锅炉管有影响。损伤外观或形貌１）钢的表面脱碳。若碳向表面的扩散受到限制，则反应可造成内部脱碳、甲烷形成和开裂。２）高温氢侵蚀的早期仅可通过对损伤区域进行高级金相分析证实。３）较晚阶段，通过在显微镜下检查试样可看到脱碳和/或裂隙。４）开裂和裂隙为晶间型，并发生于碳钢的贝氏体(碳化铁)区附近。５）由于分子氢或甲烷积聚于钢内的分层处，有些鼓包可能用肉眼即可看到。高温氢腐蚀21预防与减缓１）含有铬和钼的合金钢来增加碳化物的稳定性，也包括钨和钒。２）正常设计规程是使用APIRP941曲线时采用一个14～28℃安全系数法。３）由于0.5Mo合金钢存在的问题，所以其曲线已从主曲线组中去除，对于在役设备要进行评估。４）在氢环境中，当基体金属不能提供有效的硫化防护时，采用300系列堆焊层和/或复合材料降低下面金属的氢分压。检验和监控１）损伤可能随机地发生于焊缝区或焊缝热影响区以及母材上，增加检验难度。２）使用速度比和背散射结合的超声技术是查找裂缝和/或严重的裂纹的最有效的方法。３）现场金相只能检查表面附近的微裂缝、裂缝和脱碳。但是，多数设备表面脱碳是由于在制造过程中采用了不同的热处理。高温氢腐蚀22高温氢腐蚀４）内表面鼓包的目视检查可能表明甲烷的形成和潜在的高温氢侵蚀。然而，高温氢侵蚀经常可能在表面鼓包未形成的情况下发生。５）其它常用检测方法只能检测到早已存在开裂的损伤后期阶段。６）声发射没有效果。一条管线由于HTHA造成的损伤显示了微裂缝微裂缝连接形成了连续的裂缝。注意损伤伴随着大量的脱碳23高温氢侵蚀2004年版的Nelson曲线248.腐蚀疲劳

在交变应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏是疲劳开裂的一种形式，在循环负荷和腐蚀的联合作用下发生的。通常发生在应力集中的部位，如表面的点蚀。可以起始于多个部位。所有的材料均受影响。断口特征：宏观断口与疲劳断口有一定相似性，但断口上可见明显的腐蚀产物存在。裂纹越深、缺口效应越严重，尖端应力水平上升，腐蚀电位升高，腐蚀加剧等。

25腐蚀疲劳既可以是仅有一条裂纹，也可以有多条裂纹并存(多处成核)根据断口特征可以准确的把应力腐蚀与腐蚀疲劳区别开来并多呈锯齿状和台阶状；微观上裂纹一般没有分支且裂纹尖端较钝不锈钢在任何腐蚀介质中均可产生腐蚀疲劳

如何判断机械疲劳和腐蚀疲劳？由于钢强度提高，不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长，则可断定原断裂为机械疲劳；如果提高了钢的耐蚀性或排除了腐蚀介质的作用后，不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长，则可断定原断裂为腐蚀疲劳。26影响因素１）材料、腐蚀性环境、循环应力。２）因热应力、振动或差异热膨胀，开裂更易在交变应力作用下发生于点蚀或局部腐蚀的环境中。３）与纯机械疲劳相比，腐蚀辅助疲劳没有疲劳负载极限。腐蚀使疲劳可以在一个较低的应力和循环次数下发生，通常导致多条并行裂纹的生长。４）开裂起始在应力集中的位置，如点蚀、缺口、表面缺陷、截面变化或角焊缝。腐蚀疲劳27受影响部位１）转动设备：叶轮和泵轴之间的电偶腐蚀或其它腐蚀机理会造成轴上的点蚀。点蚀作为应力集中部位或应力提供者促进开裂。多数开裂是有小分支的穿晶开裂。２）脱气塔：在八十年代末，在造纸、石化和燃料油工厂的脱气都有开裂问题。造纸厂容器的完全失效引发了一个详细的调查，结果发现不同工厂的主要问题是开裂。残余焊接应力和制造应力、应力提供者（附件和加强焊接）和常见的脱气塔工作环境可以造成多种腐蚀疲劳开裂问题。３）循环锅炉：循环锅炉在使用过程中有数百次冷启动，因为膨胀系数不同，保护性四氧化三铁锈皮不断开裂，使腐蚀继续。腐蚀疲劳28损伤外观或形貌１）是一个脆性的开裂，裂纹多数为穿晶，和应力腐蚀开裂一样，但没有分支，通常导致多条并行裂纹的生长２）疲劳开裂表现为非常小的塑性变形，除非是伴随着机械过载的塑性变形。３）在循环锅炉，损伤首先发生在支柱附件的水侧。裂纹为环绕支柱附件和水冷壁管之间焊缝的环向开裂。在横截面，裂纹可能表现为有大量波辫的球根状。裂纹尖端可能有点钝，充满了氧化物，并且穿晶。４）硫化环境，裂纹有相近的外观，充满硫化物垢。５）对转动设备，多数开裂为有很少分支的穿晶开裂。腐蚀疲劳29预防与减缓１）转动设备：ａ）使用涂层和/或缓蚀剂；Ｂ）减少电偶腐蚀效果；ｃ）更耐蚀的材料；２）脱气塔：ａ）正确的给水和冷凝水化学成分控制；ｂ）焊后热处理；ｃ）焊缝表面打磨光滑；３）循环锅炉：ａ）减慢开工速度；ｂ）锅炉水的化学成分正确控制。

碳钢锅炉管腐蚀疲劳裂纹在管子的I.D.上起始，在管子O.D.侧是立柱附件。309.磨损腐蚀

流动的腐蚀介质对金属表面即发生腐蚀作用，又存在机械冲刷的条件下导致的金属破坏。主要原因是钝化膜的破损高速、湍流、气泡及固体粒子加速磨损腐蚀3110.硫酸露点腐蚀

含硫烟气中的SO3冷凝后生成硫酸造成的腐蚀。低浓度硫酸为还原性酸腐蚀形式主要是均匀腐蚀5.1.4化学腐蚀1.高温氧化——金属在高温及环境中的氧作用下生成金属氧化物的过程

广义的氧化——金属失去电子后化合价升高的现象引起高温氧化的介质——O2、CO2、H2O、SO2、H2S等2.高温硫化——高温氧化的特殊形式金属在含硫介质和高温共同作用下生成金属硫化物的过程。323.渗碳

在高温及含碳的环境气氛（如CO和烃类）中，环境中的碳化物在与钢接触时发生分解并生成游离碳，使钢表面的氧化膜破损，并渗入钢中生成碳化物的现象。一般在表面发生，碳的浓度在表面最大。乙烯裂解炉炉管和合成氨装置的转化炉炉管有次现象发生。33当与含碳材料或渗碳环境接触时，碳在高温条件下被吸收进材料中。受影响材料：炭钢、低合金钢、不锈钢、高铬镍合金。影响因素：１）暴露与炭化环境、敏感材料、温度大于593℃。２）炭化环境：高的气相碳（碳氢化合物，焦碳，富含CO、CO2、甲烷、乙烷）和低的氧含量（很少的O2或蒸汽）。３）

开始碳以很高的速度扩散进入部件，然后随碳化深度的增加逐渐停止。４），碳在碳钢和低合金钢表面反应生成一个硬脆结构，冷却时会开裂或破碎。５）300系列其耐蚀性优于碳钢和低合金钢。６）

碳化导致高温蠕变延展性的降低、室温机械性能（特别是强度/延展性）的降低、焊接性能和耐蚀性能的降低。渗碳34渗碳受影响部位：重整炉管、焦化炉管烧焦时、乙烯炉管等。预防与减缓１）渗碳深度通过金相检查，检查硬度增加和延性降低，晚期体积增加。２）一些合金铁磁性会增加。３）选择有抗渗碳能力的合金，包括有强的表面氧化物或硫化物膜形成元素(硅和铝)的合金。４）通过较低温度和较高氧/硫分压降低碳的活性，硫抑制渗碳作用。检查：１）硬度、金相、涡流方法。２）磁性测量(对奥氏体的初期）。３）晚期用RT、UT、磁性。1038℃下使用3年后乙烯炉管24年后的流化焦化器中304H旋风器35由于碳和碳化物损失，只剩铁基体导致钢铁强度损失。脱碳发生在高温环境的热处理过程中，包括暴露在火中或在高温气体环境中，碳钢和低合金钢受影响。脱碳会造成：表面硬度降低疲劳极限下降

4.脱碳主要发生在珠光体型的碳钢和低合金钢上在高温和介质环境中的O2、H2O、H2作用下发生在碳钢和低合金钢中的一种钢的表面脱碳现象。

36脱碳影响因素：１）时间、温度和工艺物流的碳活性。２）脱碳的程度和深度与温度和暴露时间有关。３）浅的脱碳可以降低材料的强度，但对部件的整体性能没有不利影响。４）导致室温抗拉强度、疲劳极限和蠕变强度下降。

受影响部位１）所有暴露于高温、热处理或暴露于炉火的设备。２）含氢气氛的炉管、加氢重整的管道与设备。

375.2化工设备的应力腐蚀5.2.1应力腐蚀的定义及发生三要素1)敏感的金属;2)特定的腐蚀介质;3)应力(一般指拉应力，压应力？应力来源主要为焊接和冷变形残余应力。应力集中的影响？);5.2.2关于应力的描述

1)只要能使晶面滑移的应力就能引起应力腐蚀;2)各种缺陷：设计不当、机械和电弧损伤、热处理不当形成的表面裂纹、焊接缺陷（咬边、未熔合、未焊透、缺肉等）38

统计结果表明，应力腐蚀开裂事件中80%是残余应力造成的，工作载荷造成的仅占20%。工作载荷造成应力腐蚀开裂往往和设计不当有关。5.2.3关于介质与环境因素的描述

介质浓度的影响(对奥氏体不锈钢)介质来源(污染、残留)平均浓度与局部浓缩介质状态(气液交替)结构因素（死角、缝隙）395.2.4关于材料因素的描述产生应力腐蚀开裂的材料和环境组合

材

料环

境碳钢及低合金钢NaOH溶液、NaOH-Na2SiO3溶液，硝酸盐溶液，HCN溶液，CO+CO2+H2O溶液，CO2+HCN+H2S+NH3，液氧，H2S溶液，海水，混酸（H2SO4+HNO3）CO3-2+HCO3奥氏体不锈钢氯化物溶液，海水，高温水，NaOH溶液连多硫酸，HCl，H2SO4+NaCl

H2S溶液，马氏体不锈钢海水、NaCl溶液，NaCl+H2O2溶液，NaOH溶液、NH3溶液，硝酸、硫酸，H2SO4+HNO3溶液，H2S溶液，高温和高压水，高温碱蒙乃尔

75%NaOH的沸腾溶液，有机氯化物，汞化合物，大于427℃蒸汽，HF镍基合金熔融NaOH，HCN+杂质，260℃以上的硫，427℃以上的蒸汽因科乃尔合金HF，NaOH溶液（260～427℃）水蒸气+SO2，高浓度Na2S水溶液，浓缩的锅炉水钛、钛合金海水、盐水、有机酸、熔融NaOH，盐酸、硫化铀，三氯乙烯，红色硝酸401.碳素钢化工设备的应力腐蚀开裂常用碳素钢如：10号、20号、20g、Q235等强度低，焊接热影响区脆硬倾向小，发生应力腐蚀开裂的几率较低。主要介质：硝酸盐溶液、液氨、湿硫化氢、氢氰酸2.低合金钢化工设备的应力腐蚀开裂化工设备常用低合金钢有：16MnR、15MnVR、18MnMoNb、07MnCrMoVR等主要的应力腐蚀开裂发生在湿硫化氢介质中

氢致开裂与应力腐蚀的区别413.铬镍奥氏体不锈钢化工设备42435.2.5应力腐蚀开裂的机理

机械化学假设

机械作用——使保护膜破裂，金属活化（形成阳极）化学作用——电化学腐蚀（阳极溶解、阴极析氢）应力腐蚀的机理很复杂，按照左景伊提出的理论，破裂的发生和发展可区分为三个阶段：①金属表面生成钝化膜或保护膜;②膜局部破裂，产生蚀孔或裂缝源;③裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用下，以垂直方向深入金属内部。44应力腐蚀系统概貌45“滑移阶梯”示意图（a）金属表面生成一层保护膜；（b）金属在拉应力的作用下产生“滑移”变形；（c）金属产生较大的“滑移阶梯”附近保护膜拉破465.2.6应力腐蚀裂纹形貌特征分叉、树根状、泥状花样、二次裂纹、扇形花样、准解理（或沿晶）等4716MnR在硝酸盐中的应力腐蚀断口奥氏体不锈钢的沿晶应力腐蚀断口485.2.7石油化工化工设备腐蚀破裂的六种重要形式1.湿硫化氢应力腐蚀开裂2.在碱溶液中的应力腐蚀开裂(碱脆)3.在液氨中的应力腐蚀开裂4.在CO-CO2-H2O环境中的应力腐蚀开裂5.氯化物应力腐蚀开裂6.连多硫酸应力腐蚀开裂491.湿硫化氢应力腐蚀开裂湿硫化氢对容器的损伤过程如下：硫化氢在水中发生水解反应：H2S—H++HS-∣→H++S--水解后的硫化氢水溶液与钢的表面接触所发生电化学反应，反应过程如下：阳极反应：Fe→Fe+++2e阳极反应的二次过程：F+++S--→FeS阴极反应：2H++2e→2H+H2↑∣→2H（渗透）504种表现形式：1）氢鼓泡（HB）2）氢致开裂（HIC）3）应力导向氢致开裂（SOHIC）4）硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）511）氢鼓泡（HB）

氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的空洞（如：气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂）。鼓泡经常产生在轧制厚钢板中，特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的带状微观结构。由于氢鼓泡而引起的对HIC的敏感性主要与厚钢板的钢中所含有的杂质有关，硫含量越高的钢越容易发生氢鼓泡。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对HIC的敏感性。加入钙或稀土来控制硫化物数量和形状有利于降低HIC敏感性。氰化物能够加剧氢渗透到钢材中（所以氰化物也称为毒化剂）522）氢致开裂（HIC）金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡（HB）的相互连接而逐步形成的内部开裂称为氢致开裂（HIC）。形成HIC不需要有外部作用压力。开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压。即使仅含有50ppmH2S这样低浓度的水溶液也发现足以引起HIC533）应力导向氢致开裂（SOHIC）

SOHIC就是大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方向上的连通。SOHIC是HIC的一个特别形式，经常出现在母材的焊缝和热影响区附近，因为在内压和焊后残余应力的联合作用下，在此处产生了最大的拉应力。PWHT可以减轻SOHIC的产生和严重程度，但不能完全避免。

544）硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）

硫化物应力腐蚀通常容易发生在高强度（高硬度）钢的焊接熔合区或低合金钢的热影响区处。对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关，这主要与PH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。人们发现钢中的氢溶解量在PH值接近中性的溶液中最低，而在PH值较低和较高的溶液中较高。在较低PH值中的腐蚀原因是因为H2S，反之在高PH值中腐蚀是因为高浓度的二硫化物离子。若高PH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量（H2S在气相中的分压，或液相中的H2S含量）的增加而增大。H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。55１）氢鼓泡

由于金属表面硫化物腐蚀产生的氢原子扩散进入钢铁，在钢铁的不连续处如夹杂物或迭片结构积聚造成的。氢原子结合生成氢分子造成压力升高，局部发生变形，形成鼓泡。湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)56湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)２）氢致开裂（HIC）

氢鼓包可在距钢表面的多个不同厚度处、钢板中部或焊缝附近形成。在某些情形下，稍微不同的深度处(平面)的附近或相邻鼓包之间可扩展形成裂纹，将其连接在一起。鼓包之间的相互连接裂纹常常具有阶梯状外观形态，因此氢致开裂有时称为“阶梯状开裂”。冷却加氢装置HHPS容器出来的水汽的辅助冷却器壳体的HIC损伤573)应力导向氢致开裂(SOHIC)应力导向氢致开裂与氢致开裂相似，但却是一种潜在的更具有破坏性的开裂形式，表现为堆叠于彼此的顶部的裂纹阵列。结果是形成垂直于表面的全厚度裂纹,由高(残余或外加)应力水平导致。它们通常出现于焊缝热影响区附近的母材处，因氢致开裂损伤或包括硫化物应力裂纹在内的其它裂纹或缺陷而萌生。湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)湿荧光磁粉检测显示照片应力导向氢致开裂，通常为硫化物应力腐蚀开裂和应力导向氢致开裂的组合。焊缝处伴有应力导向氢致开裂损伤的氢鼓包584)硫化物应力腐蚀开裂(SSC)由于吸入金属表面上硫化物腐蚀过程所产生的原子氢,在钢表面上焊缝金属和热影响区的高硬度的高度局部区域萌生裂纹。焊后热处理可减小应力腐蚀开裂敏感性。高强度钢对硫化物应力腐蚀开裂敏感，但在炼油工业中有限的应用场合下使用。某些碳钢含有在热影响区形成硬化区且在正常消除应力温度下不会回火的残留元素。利用预热处理有助于使此类硬度问题减到最小程度。湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)硬焊缝SSC损伤硬热影响区的SSC59湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)影响因素１）氢渗透或扩散速率在pH值为7时最小，而在较高和较低pH值都会增大。水相中氰化氢(HCN)的存在会显著增大碱性(高pH值)酸水中的渗透。２）促进开裂条件：ａ）水中硫化氢>50wppm。

ｂ）pH值<4的自由水并存在一些溶解的硫化氢。ｃ）pH值>7.6的自由水，并在水中存在20wppm溶解氰化氢(HCN)

和一些溶解硫化氢。ｄ）气相硫化氢的分压大于0.0003MPa。ｄ）增大氨含量可能会促使pH值升高到可发生开裂的范围内。３）随水相硫化氢浓度增大而增强了氢渗透作用。４）一般水相50wppm硫化氢作为损伤的限定浓度。但，水中存在低至1wppm的硫化氢也足以导致钢充氢。60５）在抗拉强度超过90ksi左右的钢内或焊缝和热影响区硬度超过237HB，硫化氢分压超过0.0003mpa左右时，开裂敏感性会随着硫化氢分压的增大而增强。６）HB/HIC/SOHIC在环境温度到150℃或更高温度发生，SSC一般在<82℃发生。７）炼油厂环境使用硬度<200HB,HB/HIC/SOHIC与硬度无关。８）鼓泡和HIC受夹杂物和分层结构的影响很大，提高钢铁的纯净度和采用降低鼓泡和HIC损伤的工艺对SOHIC仍有敏感性。９）氢致开裂常常发现于具有因炼钢过程而产生的高含量夹渣或其它内部不连续性的所谓“不洁”钢。１０）鼓包和HIC损伤在无需外加应力或残余应力时即会产生，因此焊后热处理不起作用。１１）焊后热处理对SSC有效，对SOHIC有一定效果。湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)61预防与减缓

１）保护钢表面(包括合金包层和涂层在内)不受湿硫化氢环境影响的有效阻挡层可预防损伤。可使用专用防腐剂。２）用洗涤水注入来稀释HCN(氰化氢)浓度，例如在FCC装置中。通过注入多硫化铵，氰化物可转换成无害的硫氰酸盐。３）使用抗氢致开裂的钢。４）硬度限制到最大200HB的方法来加以预防，根据使用环境，硬度达到22HRC的小块区域应能抗硫化物应力腐蚀开裂。５）焊后热处理。

湿硫化氢损伤(HB/HIC/SOHIC/SSC)622.在碱液中的应力腐蚀开裂碱应力腐蚀开裂(也称为碱脆)是指金属在拉应力和介质中的NaOH共同作用下产生的阳极溶解型开裂。碱应力腐蚀开裂主要在碳钢和低合金钢设备上出现。碱应力腐蚀裂纹主要产生在晶间。碳钢和低合金钢的碱腐蚀开裂敏感性主要由碱液的浓度、金属温度和拉应力水平所决定。碱应力腐蚀开裂一般需要长达几年时间后才会出现，但如果增加碱液浓度或金属温度以加速开裂速度则也有可能在几天内发生。

63

碳钢在金属温度小于46℃时不会出现腐蚀性开裂。在46℃到82℃范围之间，开裂敏感性是碱液浓度的函数。超过82℃，开裂敏感性也是碱液浓度的函数。碱浓度（wt）超过2%时，就有可能发生应力腐蚀开裂。碱浓度（wt）超过5%时，发生碱应力腐蚀开裂的概率非常大。碱浓度小于5%时开裂敏感性相对较低，但是如果存在局部碱液浓缩条件则开裂的敏感性显著增加。

64碱脆是一种表面起始开裂的应力腐蚀开裂形式，发生在暴露在碱中的设备管道上，尤其是靠近未焊后热处理的焊缝附近。碳钢，低合金钢，300系列最易发生。镍基合金较耐蚀。影响因素１）敏感性与NaOH和KOH碱浓度、金属温度和应力状况有关。２）由于浓缩，开裂在低的碱含量下也会发生。50到100ppm的碱浓度就足以引起开裂。３）焊接或冷加工（如弯曲和成型）导致的残余应力，或者外加应力。４）低于屈服应力的条件下很少发生失效。５）扩展速度随温度增加很快，可在几小时或几天内穿透整个壁厚，尤其在碱浓缩的条件下。浓缩的发生条件有：干湿交替、局部热点或高温吹汽。６）必须注意未热处理的碳钢设备管线的伴热蒸汽管的设计和吹汽。碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)65受影响部位１）处理碱的设备管线，包括脱H2S和硫醇装置及硫酸烷基化和HF酸烷基化装置中使用碱中和的设备。原油中注碱来控制常压塔塔顶的氯化物。２）伴热不正确的设备管线及加热盘管和其它传热设备。３）处理碱的设备经过蒸汽吹扫后可能会碱脆。４）痕迹的碱可能在锅炉中浓缩。损伤外观或形貌１）发生焊缝并行的母材，也可发生在焊缝和热影响区。２）有时是蜘蛛网状的小裂纹，通常起始于焊接缺陷。３）是非常细小的充满氧化物的晶间网状裂纹。４）300系列的开裂主要是穿晶的，很难和氯化物SCC区别开来。碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)66预防与减缓１）碳钢621℃热处理是有效的。２）３00系列比碳钢的耐开裂性能好不了多少。３）镍基合金更耐开裂。４）避免对未热处理的碳钢管线和设备进行蒸汽吹扫。蒸汽吹扫前应水洗，或只能使用低压蒸汽进行短时间吹扫。５）要正确的设计和注入系统的操作，保证碱在进入高温原油预热系统前得到正确的分散。检验和监控１）湿荧光磁粉、涡流检测、射线检测或交流漏磁检测方法，通常需要采用喷丸、高压水射流或其它方法来处理表面。２）PT不能有效找到紧密的充满垢物的裂纹，不能用于检测。３）裂纹深度可用外部超声横波检测。４）声发射检测可用于监控裂纹扩展并确定正在扩展的裂纹。碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)67碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)68管束和管板之间的碱浓缩造成的锅炉管板开裂和管板裂纹碱洗涤器下游的吸鼓中未经PWHT的管线的碳钢承插焊缝I.D.上起始的碱开裂某一苛性碱夹带异常条件下的蒸汽透平的不锈钢膨胀波纹管管内裂纹形态碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)693.在液氨中的应力腐蚀

同时具备以下条件的属氨应力腐蚀开裂的典型环境：1）介质为液态氨，其中的含水量低于0.2%并有可能受到O2或CO2的污染(N2也是必要的)；2）介质温度高于-5℃。对碳钢和低合金钢而言，液氨中加入0.2%的水可起到缓蚀作用，从而可基本上避免断裂的发生，但对抗拉强度高于800MPa的调质高强钢，加水不能完全抑制裂纹的产生。氨应力腐蚀裂纹属阳极溶解型，并一般是穿晶形式扩展。704.在CO-CO2-H2O环境中的应力腐蚀开裂

发生的装置：合成氨、制氢的脱碳系统、煤气系统、气瓶等机理：CO2溶于水后生成碳酸，pH值下降致3.3，再通入CO可起缓蚀剂的作用阻止了全面腐蚀的发生；应力导致滑移形成台阶，新鲜金属暴露，成为阳极，吸附CO的表面成为阴极，阳极发生溶解，应力腐蚀开裂发生715.氯化物应力腐蚀开裂（ClSCC）

ClSCC一般发生在金属温度高于（~65℃）的情况下。对ClSCC最敏感的是含Ni8%的奥氏体不锈钢（如300SS系列，304，316等）。氯化物SCC的微观形貌呈典型的穿晶及多分支特征。但有过沿晶应力腐蚀开裂的报道。

关于氯化物应力腐蚀开裂的5种假设1）吸附理论——氯离子吸附在裂纹尖端2）电化学理论——阳极溶解3）膜破坏理论——钝化膜破损，局部溶解4）腐蚀产物契入理论——腐蚀产物契入裂纹尖端5）氢脆理论——氢致开裂（马氏体不锈钢，形变诱导马氏体）72裂纹特征

1、起自于不锈钢表面且分布具有明显的局部性；2、裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；3、裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近没有塑性变形；4、应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶+沿晶混合型；裂纹的宽度较小；

断口形貌

应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样。73300系列和一些镍基合金在拉伸应力、温度和含氯化物水溶液的共同作用下的环境开裂。溶解氧的存在增加了开裂的可能性。所有300系列都敏感。双相钢耐蚀，镍基合金更耐蚀。影响因素１）氯化物含量、pH、温度、应力、氧的存在和合金成分。２）温度和氯离子含量增加，开裂的敏感性增加。３）没有最小氯离子限制，因为氯离子会发生浓缩。４）传热条件会明显增加开裂的敏感性，因为它们会造成氯离子浓缩。干湿或蒸汽和水的交替变换也会有助于开裂。５）SCC通常发生在pH高于2的环境。在低pH值，通常均匀腐蚀为主。在碱性pH区域，SCC的倾向降低。氯化物应力腐蚀开裂(CI-SCC)74６）开裂通常发生在金属温度高于60℃环境。７）应力可以是外加的，也可以是残余的。高应力或冷加工的部件，如膨胀波纹管，开裂的可能性十分高。８）水中溶解的氧通常会加速SCC。９）敏感性最高的是含镍8%到12%。Ni含量高于35%，其耐蚀性十分高，高于45%基本不被腐蚀。10)低镍不锈钢，如双相钢，耐蚀性比300系列要高，但也会被腐蚀。11）碳钢、低合金钢和400系列对氯化物SCC不敏感。受影响部位１）水冷器和常压塔顶冷却器的工艺侧发生过开裂。２）加氢装置的排水口如果不正确清洗，在开停工过程中会开裂。３）波纹管和仪表管线，尤其是与含氯化物的氢循环物流有关的会受到影响。４）保温材料的CL-SCC。５）在锅炉排水线发生过开裂。氯化物应力腐蚀开裂(CI-SCC)75损伤外观或形貌１）裂纹的特征是有许多分支，目测可以发现表面龟裂现象。２）分叉的穿晶裂纹，有时敏感的300系列还发现晶间裂纹。３）300系列的焊缝含有一些铁素体，通常更耐氯化物SCC。４）破裂的表面通常有一个脆性的外观。预防与减缓１）用含氯化物低的水试压，并尽快干燥。２）正确的保温层下涂层。３）避免允许有氯化物可能聚集或沉积的停滞区的设计。４）300系列热处理后有可能敏化，增加变形、连多硫酸应力腐蚀敏感性和再热开裂。检验和监控１）液体渗透检查或相分析涡流法为首选方法。氯化物应力腐蚀开裂(CI-SCC)76２）涡流检验法。３）采用PT很难发现十分小的裂纹。需要采用特殊的表面处理方法，包括磨光或高压水清洗，尤其是在高压操作环境中。４）UT。氯化物应力腐蚀开裂(CI-SCC)SS表面其它细小裂纹在PT检查后显示的十分明显304SS仪表管在保温下的外部开裂77氯化物应力腐蚀开裂(CI-SCC)232℃蒸汽环境下操作的316L管束的壳程侧开裂，

蜘蛛网状的开裂外观

细小的分支裂纹穿晶开裂模式

786.连多硫酸应力腐蚀开裂

连多硫酸（H2SXO6）应力腐蚀开裂在催化裂化、脱硫、加氢裂化、催化重整装置中容易发生。在连多硫酸环境下，一些敏感材料（如18-8不锈钢）在敏化热处理或类似敏化温度的焊接热影响区局部区域，会由于晶界敏化，从而使材料晶间迅速腐蚀和开裂。裂纹总是在晶间出现和发展并且只需要相对较低的拉应力水平。

791）奥氏体不锈钢设备在运行过程中由于硫化氢（H2S）的腐蚀在表面生成硫化铁（FeS）。2）停工、降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸，反应式为：3FeS+5O2Fe2O3•FeO+3SO2SO2+H2OH2SO3H2SO3+1/2O2H2SO4H2SO4+FeSFeSO4+H2SH2SO4+H2SmH2SxO6+nS80中碳或高碳奥氏体不锈钢如（304/304H和316/316H）的焊接热影响区对SCC特别敏感。低碳含量（＜0.03%）在低于427℃情况下SCC的敏感性较低。含有稳定化元素的奥氏体不锈钢如321（含Ti）和347（含Nb）经稳定化热处理后对PTA的SCC敏感性较低。根据NACERP01-70“炼油厂停工期间奥氏体不锈钢设备连多硫酸应力腐蚀开裂的预防”标准中推荐的减少或消除PTA的方法，为了预防连多硫酸应力腐蚀的发生，应在停工之后立即用碱性水或纯碱溶液对设备进行冲洗，并在停工期间用干燥的氮气吹扫设备以防止空气进入。81在停工期间设备表面的硫化物垢、空气和水形成连多硫酸，作用在敏化的奥氏体不锈钢的焊缝或高应力区引起的开裂；开裂可能在短短几分钟或几小时内迅速扩展穿过管道和部件的壁厚。300系列，合金600/600H和合金800/800H受影响。影响因素１）需要有环境、材料和应力的共同作用。２）焊接或高温使用环境中暴露于400～815℃时材料被敏化。３）304/304H型和316/316H型焊缝热影响区对敏化尤其敏感，４）“L”级低碳牌号(含碳量<0.03%)的不锈钢较不敏感，焊接时没有敏化影响，长期操作温度低于399℃不敏化。５）大多部件的残余应力促进开裂。连多硫酸应力腐蚀开裂82受影响部位１）含硫环境中使用的敏化合金的所有装置。如：换热器、炉管、管线。２）燃油、气、焦碳和大多其它燃料的燃烧加热炉会受影响。３）在FCC装置发生过严重的案例（分配环、风室、滑阀、旋分器部件、膨胀节波纹管和管线）。４）加氢装置(加热炉管、热进料/出料换热器管束、波纹管)中。５）原油蒸馏装置和焦化装置(管道)。６）通常发生在焊缝附近，直到开工或在操作中出现裂纹时才发现。７）是晶间腐蚀。预防与减缓１）停工过程或停工后立即用碱或苏打水溶液冲洗设备以中和含硫酸，或在停工中用干燥的氮气或氮气/氨保护，以防止接触空气。连多硫酸应力腐蚀开裂83２）加热炉，保持燃烧室到大气露点温度以上。３）如果在538℃中暴露几小时或长期在400℃以上操作，L级别也会发生敏化。４）添加少量的Ti和Nb来提高耐PASCC的能力。常用用化学稳定级别（321和347，镍基合金825和625）。５）ASTM规范允许轧制产品在稳定状态而不是溶液退火状态下交货。这种热处理可以降低潜在的敏化问题，尤其是321。６）焊缝进行稳定化处理（899℃）。检验和监控１）PT检查，因为裂纹充满坚硬的垢物，需要打磨来提高PT和灵敏度。２）操作条件下不可能监测到开裂。

连多硫酸应力腐蚀开裂84连多硫酸应力腐蚀开裂染色渗透检验表明焊缝周围存在大量的裂纹晶间开裂和晶粒脱落304不锈钢催化剂回收管线和法兰的PT检查靠近法兰的催化剂回收线的横截面显示在焊缝HAZ区有裂纹，85发生在碳钢焊缝附近的表面开裂或裂纹，是在含碳酸盐系统拉应力和腐蚀共同作用的结果。它是一种碱应力腐蚀开裂（ASCC）。影响因素１）没有经过应力释放的碳钢，pH>9.0和CO3-2>100ppm，或8<pH<9.0和CO3-2>400ppm。２）含水且H2S浓度为50wppm或更高，pH为7.6或更高，设备管线就被认为是敏感的。３）氰化物也可以增加开裂的敏感性。４）在气体净化装置，CO2>2%、温度>93℃时才发生开裂。受影响部位１）主要发生在FCC装置分馏塔塔顶冷凝系统和回流系统，湿气体压缩系统的下游，来自这些部位的酸性水系统。管线和容器都受影响。86发生在碳钢焊缝附近的表面开裂或裂纹，是在含碳酸盐系统拉应力和腐蚀共同作用的结果。它是一种碱应力腐蚀开裂（ASCC）。影响因素１）没有经过应力释放的碳钢，pH>9.0和CO3-2>100ppm，或8<pH<9.0和CO3-2>400ppm。２）含水且H2S浓度为50wppm或更高，pH为7.6或更高，设备管线就被认为是敏感的。３）氰化物也可以增加开裂的敏感性。４）在气体净化装置，CO2>2%、温度>93℃时才发生开裂。受影响部位１）主要发生在FCC装置分馏塔塔顶冷凝系统和回流系统，湿气体压缩系统的下游，来自这些部位的酸性水系统。管线和容器都受影响。碳酸盐应力腐蚀开裂87２）也在制氢装置的碳酸钾、下汽化器和CO2去除设施的设备管线中存在。损伤的形貌１）裂纹与焊缝平行的临近的基体金属上，也能在焊缝沉积区和热影响区发生。２）小裂纹的蜘蛛状网，通常发生在或与焊缝有关的缺陷有内部连接，这些缺陷提供了局部应力集中。３）容易被错认为SSC或SOHIC，但是，碳酸盐开裂通常离焊缝的坡角更远，有多条平行裂纹.４）是晶间裂纹，表现为非常细的充满氧化物的裂纹网络。预防与减缓１）采用621℃消除应力处理。２）防护涂层，实心或包覆300系列，合金400或其它耐蚀合金代替碳钢。碳酸盐应力腐蚀开裂88碳酸盐应力腐蚀开裂３）热的碳酸盐系统，在热处理或蒸汽吹扫前应采用水冲洗未经焊后热处理的管线和设备。４）制氢装置CO2去除单元的热碳酸盐系统，使用偏矾酸盐来防止开裂。检查和监测１）定期检测FCC酸性水中的pH和CO3-2浓度以确定开裂的敏感性。２）用湿荧光磁粉检测或交流漏磁检测方法。３）裂纹深度可用包括外部超声横波检测在内的合适的超声检测方法测量。测量裂纹深度的电阻式仪器并不有效，因为裂纹一般含有磁性氧化铁。４）声发射检测正在扩展的裂纹。89碳酸盐应力腐蚀开裂FCC气体装置的一条未经PWHT的管线焊缝在服务15年后在焊缝和相临的地方发生碳酸盐开裂基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片。从I.D.表面（左侧）起始基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片，在ID表面的腐蚀坑起始

基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片，显示了裂纹的分支性质90胺开裂是一种碱应力腐蚀开裂的形式。它多数发生在没有热处理的碳钢焊缝或临近区域上，或在重度冷加工的部位。胺是去除/吸收各种气相和液相碳氢物流中的H2S和/或CO2的溶剂。碳钢和低合金钢受影响。影响因素１）拉应力水平，胺浓度和温度。２）开裂在贫MEA和DEA中容易发生，但在多数胺中也有发生，包括MDEA和DIPA（ADIP）。３）一些胺中，室温下就会发生开裂。升高的温度和应力水平增加了开裂的可能性。４）胺开裂多数与贫胺环境有关。纯的碱胺不会导致开裂。富胺环境中的开裂大多与湿H2S问题有关。胺应力腐蚀开裂

91５）开裂可由于暴露于蒸汽吹扫和短时胺夹带而发生于未经焊后热处理的管道和设备上。６）胺浓度对开裂倾向并无重大影响。７）某些炼油厂认为开裂在胺浓度低于2～5%左右时不会发生。然而，局部富集和蒸汽吹扫可降低此极限，有些装置曾采用低至0.2%的较低极限值。损伤外观或形貌

１）裂纹在管道和设备的内径上萌生，主要在焊缝热影响区，但也曾发现于焊缝金属和热影响区附近的高应力区。２）开裂一般与焊缝平行，在焊缝金属处，裂纹与焊缝横向或纵向相接。３）在管嘴，裂纹在基体金属呈放射状，例如，从孔散开。在插入管嘴，裂纹通常平行于焊缝。４）裂纹在表面上的外观与湿硫化氢开裂引起的裂纹相似。５）一般为晶间开裂，充满氧化物，并带有若干分叉。胺应力腐蚀开裂92胺应力腐蚀开裂预防与减缓１）按照APIRP945对管道和设备中的所有碳钢焊缝进行焊后热处理或修理。２）使用全不锈钢或复合不锈钢、合金400或其它抗腐蚀性合金。３）在焊接、热处理或蒸汽吹扫之前水洗未经焊后热处理的碳钢管道和设备。检验和监控１）用湿荧光磁粉或交流漏磁检测技术进行裂纹检测。２）若裂纹具有极少量分叉，裂纹深度可用包括外部超声横波检测在内的合适超声检测方法测量。３）声发射检测。93胺应力腐蚀开裂未经焊后热处理管道的焊缝上图裂纹尖端的较高放大倍率视图

38℃下运行的MEA吸收塔管段焊缝应力腐蚀裂纹上图裂纹开裂的晶间特性945.2.8对应力腐蚀环境中使用的化工设备设计、制造、检验的几项要求1、NaOH溶液不进行焊后或冷成型后消除应力热处理的碳钢和低合金钢在NaOH溶液中的使用温度上限表5.2-2NaOH溶液中的使用温度上限NaOH溶液（重量%）2351015203040506070温度上限（℃）9088857670655448434038952、湿H2S应力腐蚀（1）腐蚀环境同时符合以下各项条件时即为湿H2S应力腐蚀环境1)温度小于等于（60+2P）℃;P为工作压力（表压，MPa）2)H2S分压大于等于0.00035MPa;(相当于在常温水中的溶解度约10PPm)3)介质中含有液相水或处于露点温度以下；4)pH值小于9或介质中有氰化物存在。96（2）材料要求及限制在湿硫化氢环境中使用的碳钢和低合金钢应符合以下各项要求1)标准屈服强度≤355MPa;2)实测抗拉强度≤630MPa;3)热处理状态为：正火＋回火、退火、调质4)碳当量：低碳钢和碳锰钢：≤0.44低合金钢：≤0.44（计算公式不同）5)硬度要求：低碳钢：HV(10)≤220(单个值)低合金钢：HV(10)≤245(单个值)6)厚度大于20mm的钢板超声II级合格。97（3）制造要求1)冷变形变形量不大于２％时不需要进行热处理变形量2%~5%时进行消应处理变形量大于5%时应进行正火或退火处理2)热处理后不允许在接触介质的一侧打钢印（4）焊接要求1)进行工艺评定；2)尽可能采用低强度的焊接材料；3)限制焊接接头的硬度；4)热处理前对起弧和打弧点进行打磨0.3mm以上并表面探伤合格；985)工艺评定试板焊缝应在接触介质的一面进行硬度测试；6)焊接接头不得留下封闭的中间空隙，必要时应设排气空；7)不得进行铁素体钢和奥氏体钢的异种钢焊接。（5）焊后热处理1)原则上应尽可能进行热处理；2)热处理温度尽可能取规范允许的上限；3)尽可能在炉内进行整体热处理（特别对带有接管的容器筒节）；4)实在无法进行热处理的应采用接头硬度不大于HB185的工艺施焊。99(6)湿H2S严重腐蚀环境容器工作条件符合以下条件时为湿H2S严重腐蚀环境1)工作压力大于1.6MPa;2)H2S-HCN共存，且HCN大于50ppm;3)pH≤9。在湿H2S严重腐蚀环境使用的化工设备用材的特殊要求：1)化学成分S≤0.003%P≤0.025%2)板厚方向的断面收缩率（Z向拉伸）:φ≥35%(三个试样平均值)φ≥25%(单个试样最低值)3)必须进行焊后热处理。1005.2.9防止奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的措施1）降低应力热处理——避免敏化现象发生（稳定化、固溶）

锤击、喷丸——造成残余压应力状态2）材料选择——采用含Ti、Nb的不锈钢3）调整焊缝金属的合金系统——得到合适的奥氏体+δ铁素体的组织结构，加入：Ni、Si、Mo等元素101表5.2-3焊后热处理对残余应力的影响（0Cr18Ni11Nb）

热处理—650℃4小时650℃12小时650℃36小时900℃2小时1000℃1小时残余应力（N/mm2）100~12794~10511910700喷丸处理对18-8钢应力腐蚀开裂的影响1—喷丸处理2—未喷丸处理1025.2.10化工设备应力腐蚀倾向的预测与检验1）介质、环境情况——特性、温度、浓度、2）材料情况——选材是否合理3）热处理情况——是否进行、方法、范围4）历次检验情况——客观事实1035.2.11化工设备应力腐蚀实例1.液氨对碳刚和低合金钢的应力腐蚀美国：储运容器3年后，3%发生应力腐蚀开裂日本：1959~1972造的液氨球罐80%有应力腐蚀裂纹我国：70年代多次发生液氨储罐应力腐蚀开裂事故液氨容器用钢的强度越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就越大。综合国内外有关液氨贮罐的调查资料可以看出，屈服强度高于320MPa的钢材焊制的液氨贮罐，几乎全部都发现有应力腐蚀裂纹；而屈服强度低于220MPa的低碳钢贮罐，只有极少几台存在少量的应力腐蚀裂纹。1042.硫化氢对钢制化工设备的应力腐蚀

对硫化氢应力腐蚀起促进作用的因素较多，如钢材的组成、强度、硬度、硫化氢浓度、溶液的pH值、工作温度、残余应力等。一般说来，钢中的S、Ni、H含量越多，钢的强度、特别是它的硬度越高，就越容易受硫化氢的应力腐蚀。工作介质中硫化氢含量越高，溶液的pH值越小，就越容易产生应力腐蚀裂纹。温度对硫化氢应力腐蚀的影响，以20℃左右最为敏感，升高或降低温度对减弱硫化氢的应力腐蚀都比较有利。在应力因素方面，除薄膜应力外，主要是焊接残余应力、强行装配组焊引起的附加应力等。高浓度的硫化氢及水分与高强度钢焊缝区的淬硬组织，以及高的局部应力，构成了易于发生硫化氢应力腐蚀环境的特殊组合。1053.热碱对钢制化工设备的应力腐蚀化工设备的工作介质中，如果含有一定浓度的氢氧化钠溶液，在温度较高的特定环境中，会引起碳钢或合金钢的应力腐蚀，这种应力腐蚀一般要同时具备三个条件，即高的温度、高的碱浓度和拉伸应力。关于碱液浓度，试验认为，浓度为10%的氢氧化钠溶液可以引起碱脆，而5%的浓度则不可能。引起碱液应力腐蚀的拉伸应力，可以是外应力，也可以是内应力，或者是两者的联合作用。经过分析，确认高压釜断裂主要是由应力腐蚀裂纹引起。虽然釜内的氢氧化钠溶液浓度仅为5%，但是在内壁的突台处完全可以造成氢氧化钠的富集，即在此处有可能存在局部高浓度的碱液。而釜体在此处的横截面突变，又产生较大的应力集中，使筒体在较高的轴向拉伸应力（因应力集中引起）和较高浓度的高温碱液（因富集引起）作用下产生应力腐蚀断裂。1064.一氧化碳等引起的应力腐蚀

近年来，国内外都先后发生过盛装一氧化碳、二氧化碳混合气体的容器（气瓶）的破裂爆炸事故，这也是由应力腐蚀而产生的容器腐蚀破裂。在通常的情况下，一氧化碳可以被铁吸附，在金属表面形成一层保护膜。但是由于气瓶反复多次的充气，瓶壁上的交变应力使这层保护膜遭到破坏，于是在保护膜被破坏的地方，因二氧化碳和水的作用，使铁发生快速阳极溶解，并形成向纵深方向扩展的裂纹。实验证明，在无水的一氧化碳气体中，不存在钢的应力腐蚀现象。1071085.氯离子引起的不锈钢容器的应力腐蚀

在实际产生过程中，这种应力腐蚀往往是由于错误操作而引起的。例如化纤织物染色时，用氯化钠作为助剂加入高温高压染色机中导致应力腐蚀。有些设备并不是在正常操作条件下被腐蚀破坏，而是在停止运行期间由于含有氯化物的溶液冷凝和浓缩而产生应力腐蚀。国外曾报道过不锈钢设备在停车期间，由于残留5%氯化物冷凝液，因而产生应力腐蚀，并造成设备泄漏的例子。也有些化工设备因为用含氯离子较高的水作水压试验，结果放水后残留的液体被浓缩而产生应力腐蚀。氯离子引起的奥氏体不锈钢的应力腐蚀，其裂纹通常都是穿晶型的，并且多数是分枝状裂纹。1096.低合金高强钢的应力腐蚀（1）天津石化公司石化二厂1000m3丙烯球罐的应力腐蚀开裂

该球罐组装后未进行整体热处理。其设计压力2.16MPa、主体材质为07MnCrMoVR、规φ12300×36mm。1996年1月投入使用，1998年5月该球罐因混装H2S严重超标的粗丙烯（H2S含量达上千ppm），在很短的时间内上温带纵缝出现穿透性裂纹而泄漏，开罐检查发现球罐内壁有数百条典型的应力腐蚀裂纹。110（2）宁夏化工厂甲醇水分离器的应力腐蚀开裂甲醇水分离器操作压力为7.8MPa，操作温度为50~－40℃。介质主要是H2、CO2、CO、CH3OH等。规格为φ1800×44×4300mm，材质为07MnNiCrMoVDR。1996年初投用。1996年10月2日该设备在正常操作运行时发生突发性爆炸起火。经分析：虽然裂纹是在下筒节鼓肚区附近具有密集气孔的长度×深度为240×30mm的陈旧断口前沿15mm处启裂，并沿HAZ粗晶区扩展，但是在设备鼓肚前钢材已存在严重的应力腐蚀损伤，检验表明：沿纵缝近缝区以鼓肚部位为中心的残片断面内表面存在长约1m、深3~6mm的晶间开裂。这是因介质中的H2S含量严重偏离设计要求（小于50ppm），有时达到1000ppm。111（3）上海宝钢650m3无水液氨球罐的应力腐蚀裂纹

该球罐的设计压力：1.724MPa，规格φ10700×44mm，材质07MnCrMoVR，工作介质为无水液氨。1998年4月投入运行。1999年3月开罐检验发现：内表面焊缝有3条裂纹，热影响区有1条裂纹，母材有17处裂纹（4）大庆石化公司1500m3丙烯球罐的裂纹

该球罐规格：φ14300×44mm，材质：07MnCrMoVR，1999年4月投入使用。2001年11月进行开罐检验时发现：下极板有三条长30~40mm、深1mm的裂纹，取样管角焊缝内壁有一处75×4mm的表面裂纹（初步判断为应力腐蚀裂纹），打磨至4mm时消除。

1125.3奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀5.3.1概述原因——由于焊接接头的化学成份不均匀，各部分存在电极电位差；组织不均匀，各部分耐蚀性能有差异；加上焊接残余应力的影响以及载荷下焊接接头形状引起的应力集中的影响，使得焊接接头成为化工设备上易发生腐蚀的薄弱部位。焊接接头比母材更容易腐蚀的现象在碳钢和不锈钢中都是存在的，只不过发生在不锈钢焊接接头上的腐蚀现象更明显，后果也更严重。典型类型——主要是晶间腐蚀和刀状腐蚀。

1135.3.2焊缝及热影响区的电极电位焊缝区是一对接触电池。因为不同的金属材料接触在一起，又放在腐蚀介质中，这样一部分电极电位低的材料为阳极，产生腐蚀溶解，另一部分电极电位较高的材料为阴极，在腐蚀介质中被保护。焊缝区域电位分布的基本形式

114曲线a－－母材与焊缝区域在电化学性质上完全相同，排除了由于各部分电位不同引起的电化学腐蚀；曲线b－－焊缝金属的电位比母材高，于是焊缝旁边的母材被强烈腐蚀；曲线c－－母材电位比焊缝金属的电位高，形成了大阴极（母材）与小阳极（焊缝金属）的腐蚀电池。焊缝金属因形成选择性溶解而被迅速地腐蚀掉，曲线d－－两种不同材料焊在一起，焊缝金属的电位在两种不同母材电位之间。115曲线e－－电位较低的阳极区，距离焊缝熔合线有一定的距离，相当于未加稳定化元素的奥氏体不锈钢或加稳定化元素而未经稳定化处理的奥氏体不锈钢在热影响区中析出碳化铬所造成的情况。曲线f－－电位较低的阳极区在熔合线上，则相当于因焊接造成稳定型奥氏体不锈钢碳化钛（碳化铌）等溶解或铁素体类不锈钢敏化处理所带来的结果。1165.3.3焊接接头的腐蚀类型

焊接接头腐蚀的类型（a）均匀腐蚀；（b）焊缝局部腐蚀；（c）母材局部腐蚀；（d）热影响区晶间腐蚀；（e）焊缝晶间腐蚀；（f）刀状腐蚀均匀腐蚀上图（a）具有单相或弥散状的多相组织的金属，当全部表面受到介质均匀作用时产生的腐蚀称均匀腐蚀，大多是发生在酸性环境中。1172.局部腐蚀

当合金成分或组织严重不均匀，或在局部区域有气孔、裂纹、夹杂物等缺陷时，常常会引起局部腐蚀。这种腐蚀有时在焊缝上，有时在母材上，见图（b）（c）。根据遭受腐蚀部分的大小和形状可称为点状腐蚀和缝隙腐蚀。在许多场合下，点腐蚀与应力腐蚀同时存在。

3.晶间腐蚀这是一种沿着晶间深入到金属内部的腐蚀。由于这种腐蚀在表面破坏很少，甚至觉察不出来，