碳鋼和低合金鋼的氨脆及控制措施
2021-08-31 11:55:00
作者： 工業小南點 來源： 工業小南點
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碳鋼和低合金鋼的應力腐蝕
碳鋼和低合金鋼的氨脆
氨致SCC指碳鋼、低合金鋼在無水氨中，銅合金在濕的氨氣氛中發生的SCC（Ammonia Stress Corrosion Cracking）[1]。
液氨分為3個等級，它們的含氨量分別為：農業用液氨含質量分數99.5%NH3、冷凍級含量99.95%NH3、冶金級含99.995% NH3，不論在哪個級別的液氨中，低碳鋼和普通低合金鋼都會產生SCC。
01 氨脆機理
液氨SCC為穿晶型。不論是在氣相或液相中，除含NH3外，還必須同時含有O2和N2，只要缺任何一種，SCC均不能發生。
鋼在液氨中的SCC機理如圖4-125所示。在含氧的液氨中，鋼表面吸附氧形成氧膜，使腐蝕電位Ecorr很正；當材料受拉力應變后，膜被破壞。暴露出的新鮮表面（滑移階）與有氧膜的金屬表面組成微電池，產生快速溶解。
在沒有其它雜質存在時，O2能在裸露金屬表面上再成膜，抑制SCC的產生。而當氨中同時溶有N2時，由于N2與O2在滑移階上產生了“競爭吸附”，阻止部分裸露滑移階的再鈍化，從而增加鋼的SCC敏感性。
圖4-125 鋼在液氨中的SCC機理
a.氧膜的擇優形成；
b.在滑移階上Fe溶解，O2又在滑移階上吸附成膜；
c. N2與O2發生了競爭吸附，使滑移階仍然保持活性。
02 氨脆影響因素
a.介質影響。
影響液氨SCC的主要介質因素是O2、N2和H2O的含量。氧的含量為0.9～9μg?g-1時可以導致開裂，有液氨中混有較多的氧，反而可抑制SCC；N2起著在滑移階上與O2競爭吸附作用，無論濃度多大，對SCC都起促進作用。液氨中含水量大于1%，可以抑制SCC。
液氨溫度的影響。在15～30℃范圍內，100h以內斷裂，且溫度愈高，斷裂時間愈短；低于10℃或高于30℃，500h不斷；在0℃和-10℃，1000h也不斷。
b.材料因素影響。
如圖4-126所示，鋼的抗拉強度愈高，斷裂的敏感性愈高，經實驗證明，抗拉強度應在588MPa以下，抗SCC性能好。材料硬度愈高，SCC的敏感性愈高；441～549MPa級的碳鋼及588～784MPa級的普通低合金鋼淬火后在300～400℃以上回火，都無液氨SCC的敏感性。
圖4-126 材料的抗拉強度對液氨中斷裂敏感性的影響
03 控制措施
a.選用抗拉強度低于588MPa的鋼種；
b.充分回火（或退火），消除殘余應力。回火溫度300～400℃，退火溫度600～650℃，對大型壓力容器，需進行整體熱處理（退火或回火）；
c.降低儲存溫度在10℃以下；
d.液氨中加入0.2%～1%水；
e.液氨中加入100μg?g-1的冷凍機油或5μg?g-1的菜籽油或10～50μg?g-1的硅油作為液氨SCC抑制劑。
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