鍋爐壓力容器的應力腐蝕破裂

    腐蝕破裂是因介質對材料的腐蝕而造成的結構破裂。金屬材料的腐蝕有多種，按腐蝕機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕；按腐蝕介質可分為氧腐蝕、硫腐蝕、酸腐蝕、堿腐蝕等；按腐蝕部位和破壞現象，可分為均勻腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等。在鍋爐壓力容器部件的腐蝕中，應力腐蝕及其造成的破裂是最常見、危害最大的一種。

    一、應力腐蝕及其特點

    金屬構件在應力和特定的腐蝕性介質共同作用下，被腐蝕并導致脆性破裂的現象，叫應力腐蝕破裂。應力腐蝕是特殊的腐蝕現象和腐蝕過程，應力腐蝕破裂是應力腐蝕的最終結果。應力腐蝕有以下特點：

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

    2.純金屬不發生應力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環境中都會產生應力腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質都會使材料產生應力腐蝕。各種工程實用材料幾乎都有應力腐蝕敏感性。

    3.產生應力腐蝕的材料和腐蝕性介質之間有選擇性和匹配關系，即當二者是某種特定組合時才會發生應力腐蝕。

    4.應力腐蝕是一個電化學腐蝕過程，包括應力腐蝕裂紋萌生、穩定擴展、失穩擴展等階段，失穩擴展即造成應力腐蝕破裂。

    二、鍋爐壓力容器中常見的應力腐蝕

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

    2.硫化氫對鋼制容器的應力腐蝕 濕的硫化氫，加上應力特別是焊接殘余應力，可對鋼制容器產生強烈的應力腐蝕，且在20℃左右的溫度下最為嚴重。

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

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

    5.潮濕條件下一氧化碳對氣瓶的應力腐蝕 工業一氧化碳氣體中常含有二氧化碳和水分，在氣瓶反復充裝、應力交變的條件下，氣瓶會產生應力腐蝕裂紋甚至破裂。

    三、應力腐蝕破裂的基本特征

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

    2.應力腐蝕是一種局部腐蝕，其斷口一般可分出裂紋擴展區和瞬時破裂區兩部分，前者顏色較深，有腐蝕產物伴隨，后者顏色較淺且潔凈。

    3.應力腐蝕裂紋擴展過程中會發生裂紋分叉，即有一主裂紋擴展得最快，其余是擴展得較慢的支裂紋。

    4.引起破裂的因素中均有特定介質和拉伸應力。

    四、應力腐蝕破裂的預防

    1.選用合適的材料，盡量避開材料與敏感介質的匹配，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.在結構設計及布置中避免過大的局部應力。

    3.采用涂層或襯里，把腐蝕性介質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，并進行必要合理的熱處理，消除焊接殘余應力及其他內應力。

    5.應力腐蝕常對水分及潮濕氣氛敏感，使用中應注意防濕防潮，對設備加強管理和檢驗。