奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防
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锈钢产生晶间腐蚀的基本机理 ,并提出了四种预防不锈钢制压力容器产生晶间腐蚀的措施 。
关键词 :奥氏体不锈钢 ;压力容器 ;晶间腐蚀
The Rea son of Corrosion of Austen itic Sta in less Steel Pressure Vessels and Preven tion
2006, 16: 88 - 90. [ 7 ] HG 20581 - 1998,钢制化工容器材料选用规定 [ S].
Key words: austenitic stainless steel; p ressure vessels; intergranular corrosion
不锈钢由于其具有优良的耐均匀腐蚀性能 、力学性能和工 艺性能 ,而成为压力容器 (包括固定式和移动式压力容器 、热交 换器等 )应用最多的耐蚀金属材料 。其中奥氏体不锈钢又以其 良好的综合性能占不锈钢总产量和使用量的 70%左右 [1 ] 。但是 由于奥氏体 不 锈 钢 容 器 在 氧 化 和 弱 氧 化 介 质 中 会 产 生 晶 间 腐 蚀 ,或使设备局部腐蚀穿漏 ,或使材料丧失力学性能 ,所以晶间 腐蚀失效的研究及预防成为奥氏体不锈钢压力容器设计中必不 可少的一个环节 。
4 结 语
奥氏体制不锈钢压力容器的晶间腐蚀倾向严重影响了奥氏 体不锈钢制压力容器的安全运行 。应通过正确的选材 ,应尽量 选用低碳和超低碳不锈钢 ,严格控制焊接过程 ,选择合适的焊接 方法 、焊接材料 ,遵循相关的焊接工艺 ,才能保证奥氏体不锈钢 的焊接质量 。同时 ,用于上述介质环境时 ,应按 GB / T 4334 2008《不锈钢晶间腐蚀试验方法 》进行晶间腐蚀倾向试验 [7 ] ,将
(4) 焊接控制 : ①调整焊缝的化学成份 ,加入稳定化元素减 少形成碳化铬的可能性 ,如加入钛或铌等 ; ②减少焊缝中的含碳 量 ,可以减少和避免形成铬的碳化物 ,从而降低形成晶界腐蚀的 倾向 ; ③控制在危险温度区的停留时间 ,防止过热 ,快焊快冷 ,使 碳来不及析出 ; ④合理安排焊接顺序 ,多层焊和双面焊时 ,后一 条焊缝的热作用可能对先焊焊缝的过热区起到敏化温度加热的 作用 。为此 ,双面焊缝中与腐蚀介质接触的一面应尽可能最后 焊接 [6 ] 。
要的原因之一 [2 - 3 ] 。晶间腐蚀发生后 ,金属虽然表面仍保持一 定的金属光泽 ,也看不出被破坏的迹象 ,但晶粒间的结合力已显 著减弱 ,强度下降 ,冷弯后表面出现裂缝 ,容器容易遭到破坏 。 晶间腐蚀隐蔽性强 ,突发性破坏几率大 [4 ] ,因此有严重的危害 性 ,尤其在焊接时 ,焊缝附近的热影响区更容易发生晶间腐蚀 。
(1)选用低碳和超低碳不锈钢 ,如 00Cr18N i10N、00Cr19N i10、 00Cr17N i14Mo2等 ,使晶间腐蚀敏感性降低到最小值 ,且强度相对较 低 ,目前这一方法已成为解决不锈钢晶间腐蚀问题的主要方法 ;
(2)利用合金化原理 ,避免形成铬的碳化物 。 Ti、Zr、Nb、V、 Mo、W、Cr、M n、Fe都是碳化物形成元素 ,形成碳化物的亲和力依 次降低 。综合比较之后 ,选择了钛和铌 ,即在形成铬的碳化物之 前 ,先形成钛的碳化物 。这样就保护了铬不被流失 ,避免形成贫 铬区 ,基本上也能解决晶间腐蚀问题 ;
图 1 晶界析出及贫铬区示意图
合物等铬含量高于甚至大大高于不锈钢平均铬含量的高铬相 ,
致使晶界高铬相与晶粒外缘相邻接的狭长区域的铬含量大大下 降 ,称为贫铬区 (详见图 1. 晶界析出及贫铬区示意图 ) 。当热过 程较短时 ,晶粒本体的铬原子来不及充分向贫铬区扩散补充 ,温 度下降后 ,贫铬区得以保持 。在以后接触到某些具有晶间腐蚀 能力的介质时 ,贫铬区的溶解速度会大大超过晶粒本身 。晶粒 本身为钝化腐蚀时 ,贫铬区常常为活化腐蚀 ,因而会产生晶间腐 蚀 。不锈钢贫铬区的存在是不锈钢产生晶间腐蚀敏感性的最重
作者简介 :黄菲 (1984 - ) ,女 ,北京化工大学 ,硕士 ,安全技术及工程专业 。 E - mail: hxlahf@163. com
2010年 38卷第 4期
广州化工
·181·
来酸 、马来酐 ,富马酸等 ; (3) 盐类 ———硝酸铵 、硝酸钙 、硝酸银 、硫酸铜 、硫酸铁 、硫
酸钠 、硫酸铝 、硫酸氢钠 、硫酸亚铁 、亚硫酸铁 、亚硫酸钙 、氯化 钠 、氯化铁 、氯化铬 、次氯酸钠 、氢氟酸钠等溶液 ;
Abstract: The intergranular corrosion was one of the most important reasons to lead austenitic stainless steel p ressure vessels to failure, which seriously affected the safe operation of austenitic stainless steel p ressure vessels. The fundamental mechanism of intergranular corrosion of austenitic stainless steel was elaborated, and four m easures were put forward to p revent austenitic stainless steel p ressure vessels from intergranular corrosion.
(4) 其他 ———氢氧化钠 、硫化铁 、硫化铝 、硫化铁 、湿二氧化 硫 、三氯化铁 、尿酸氨基甲酸铵溶液 、亚硫酸纸浆 、牛皮纸浆 、亚 硫酸蒸煮液 、玉米淀粉浆 (由盐酸或硫酸制 ) 、甜 菜汁 、石油原 油 、油田污水 、海水 、清水堆高温水 、人体液等 [2 ] 。
3 解决不锈钢压力容器晶间腐蚀倾向的措施
(3)进行固溶化处理 。奥氏体不锈钢经固溶处理后 ,其力学 性能比较如表 2 (参考标准 GB / T4237 - 2007不锈钢热轧钢板和 钢带 )所示 ,可见其强度和塑性非常接近 , 而所有的奥氏体不 锈钢均不能热处理强化 ,只能通过冷作硬化以提高强度 、硬度 , 在产品性能允许的情况下选用适当的材料 ,同时避免在晶间腐 蚀的敏感温度区间的停留时间 ,这是避免晶间腐蚀最有效的办 法;
HUAN G Fei1 , HU X iao - long2 (1 M echanical and Electrical Engineering Institute, B eijing University of Chem ical Technology, B eijing 101100;
2 B eijing Guohua Tegao Chem ical Equipm ent Co. , L td. , B eijing 101113, China)
1 晶间腐蚀的成因
不锈钢耐腐蚀的根本原因在于它含有铬 、镍等提高金属电
极电位的元素 。在金属基体中 ,当铬含量达到 1117w t%时 ,含铬
不锈钢就能在其阳极 (负极 )区的基体表面形成一种致密的氧化
膜 Cr2O3 ,即钝化膜 。钝化膜可以阻碍阳极区的反应 ,同时增加 阳极电位 ,减缓基体电化学腐蚀 。然而不锈钢在 300℃以上的热 过程中 ,晶粒边界会析出碳化铬 、氮化铬和铬的其他金属间的化
京 ,化学工业出版社 , 2008: 173. [ 4 ] 林晓云. 18 - 8奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀的评定及控制 [ J ].
理化检验 - 物理分册 , 2007, 43 (5) : 236 - 238. [ 5 ] GB / T4237 - 2007,不锈钢热轧钢板和钢带 [ S ]. [ 6 ] 黄一桓. 奥氏体不锈钢晶间腐蚀机理及预防措施 [ J ]. 中国科技 ,
2 晶间腐蚀的预防
可能引起不锈钢制压力容器晶间腐蚀倾向的介质如下 : (1) 无机酸 ———硝酸 、硫酸 、盐酸 、磷酸 、铬酸 、亚硫酸 、氢氟 酸 、氢溴酸 、氢碘酸 、氢氰酸 、氯氰酸 、氨基磺酸 、次氯酸等 ; (2) 有机酸 ———工业乙酸 、乙酸酐 、甲酸 、草酸 、乳酸 、乙二 酸 、丙二酸 、苯二酸 、环烷酸 、水杨酸 、脂肪酸 、苹果酸 、柠檬酸 、马
·180·
广州化工
2010年 38卷第 4期
奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防
黄 菲 1 ,胡晓龙 2
(1 北京化工大学机电工程学院 , 北京 101100; 2 北京国华特高化工设备有限公司 , 北京 101113)
摘 要 :晶间腐蚀是奥氏体不锈钢制压力容器产生失效的主要原因之一 ,严重影响了容器的安全运行 。本文阐述了奥氏体不
旧牌号
0Cr18N i9 0Cr18N i10Ti 0Cr17N i12Mo2 0Cr19N i13Mo3 00Cr19N i10 00Cr17N i14Mo2 00Cr19N i13Mo3
表 2 压力容器常用奥氏体不锈钢板力学性能 [5 ]
新牌号
抗拉强度 Rm /MPa 不小于
06Cr19N i10
晶间腐蚀倾向降至最低 ,保证奥氏体不锈钢制压力容器的安全 运行 。
参考文献 [ 1 ] 曲兴胜. 奥氏体不锈钢晶间腐蚀 [ J ]. 辽宁工学院学报 , 2007, 27
( 1) : 49 - 50. [ 2 ] GB / T 21433 - 2008,不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验 [ S]. [ 3 ] 王非. 化工压力容器设计 ———方法 、问题和要点 [M ]. 第二版 ,北
515
06Cr18N i11 Ti
515
06Cr17 N i12Mo2
550
022Cr19N i13Mo3
515
02Cr19N i10
485
022Cr17 N i12Mo2
485ห้องสมุดไป่ตู้
022Cr19N i13Mo3
515
延伸率 A / %
40 40 40 40 40 40 40
硬度 不大于
210 200 220 220 210 220 220
关键词 :奥氏体不锈钢 ;压力容器 ;晶间腐蚀
The Rea son of Corrosion of Austen itic Sta in less Steel Pressure Vessels and Preven tion
2006, 16: 88 - 90. [ 7 ] HG 20581 - 1998,钢制化工容器材料选用规定 [ S].
Key words: austenitic stainless steel; p ressure vessels; intergranular corrosion
不锈钢由于其具有优良的耐均匀腐蚀性能 、力学性能和工 艺性能 ,而成为压力容器 (包括固定式和移动式压力容器 、热交 换器等 )应用最多的耐蚀金属材料 。其中奥氏体不锈钢又以其 良好的综合性能占不锈钢总产量和使用量的 70%左右 [1 ] 。但是 由于奥氏体 不 锈 钢 容 器 在 氧 化 和 弱 氧 化 介 质 中 会 产 生 晶 间 腐 蚀 ,或使设备局部腐蚀穿漏 ,或使材料丧失力学性能 ,所以晶间 腐蚀失效的研究及预防成为奥氏体不锈钢压力容器设计中必不 可少的一个环节 。
4 结 语
奥氏体制不锈钢压力容器的晶间腐蚀倾向严重影响了奥氏 体不锈钢制压力容器的安全运行 。应通过正确的选材 ,应尽量 选用低碳和超低碳不锈钢 ,严格控制焊接过程 ,选择合适的焊接 方法 、焊接材料 ,遵循相关的焊接工艺 ,才能保证奥氏体不锈钢 的焊接质量 。同时 ,用于上述介质环境时 ,应按 GB / T 4334 2008《不锈钢晶间腐蚀试验方法 》进行晶间腐蚀倾向试验 [7 ] ,将
(4) 焊接控制 : ①调整焊缝的化学成份 ,加入稳定化元素减 少形成碳化铬的可能性 ,如加入钛或铌等 ; ②减少焊缝中的含碳 量 ,可以减少和避免形成铬的碳化物 ,从而降低形成晶界腐蚀的 倾向 ; ③控制在危险温度区的停留时间 ,防止过热 ,快焊快冷 ,使 碳来不及析出 ; ④合理安排焊接顺序 ,多层焊和双面焊时 ,后一 条焊缝的热作用可能对先焊焊缝的过热区起到敏化温度加热的 作用 。为此 ,双面焊缝中与腐蚀介质接触的一面应尽可能最后 焊接 [6 ] 。
要的原因之一 [2 - 3 ] 。晶间腐蚀发生后 ,金属虽然表面仍保持一 定的金属光泽 ,也看不出被破坏的迹象 ,但晶粒间的结合力已显 著减弱 ,强度下降 ,冷弯后表面出现裂缝 ,容器容易遭到破坏 。 晶间腐蚀隐蔽性强 ,突发性破坏几率大 [4 ] ,因此有严重的危害 性 ,尤其在焊接时 ,焊缝附近的热影响区更容易发生晶间腐蚀 。
(1)选用低碳和超低碳不锈钢 ,如 00Cr18N i10N、00Cr19N i10、 00Cr17N i14Mo2等 ,使晶间腐蚀敏感性降低到最小值 ,且强度相对较 低 ,目前这一方法已成为解决不锈钢晶间腐蚀问题的主要方法 ;
(2)利用合金化原理 ,避免形成铬的碳化物 。 Ti、Zr、Nb、V、 Mo、W、Cr、M n、Fe都是碳化物形成元素 ,形成碳化物的亲和力依 次降低 。综合比较之后 ,选择了钛和铌 ,即在形成铬的碳化物之 前 ,先形成钛的碳化物 。这样就保护了铬不被流失 ,避免形成贫 铬区 ,基本上也能解决晶间腐蚀问题 ;
图 1 晶界析出及贫铬区示意图
合物等铬含量高于甚至大大高于不锈钢平均铬含量的高铬相 ,
致使晶界高铬相与晶粒外缘相邻接的狭长区域的铬含量大大下 降 ,称为贫铬区 (详见图 1. 晶界析出及贫铬区示意图 ) 。当热过 程较短时 ,晶粒本体的铬原子来不及充分向贫铬区扩散补充 ,温 度下降后 ,贫铬区得以保持 。在以后接触到某些具有晶间腐蚀 能力的介质时 ,贫铬区的溶解速度会大大超过晶粒本身 。晶粒 本身为钝化腐蚀时 ,贫铬区常常为活化腐蚀 ,因而会产生晶间腐 蚀 。不锈钢贫铬区的存在是不锈钢产生晶间腐蚀敏感性的最重
作者简介 :黄菲 (1984 - ) ,女 ,北京化工大学 ,硕士 ,安全技术及工程专业 。 E - mail: hxlahf@163. com
2010年 38卷第 4期
广州化工
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来酸 、马来酐 ,富马酸等 ; (3) 盐类 ———硝酸铵 、硝酸钙 、硝酸银 、硫酸铜 、硫酸铁 、硫
酸钠 、硫酸铝 、硫酸氢钠 、硫酸亚铁 、亚硫酸铁 、亚硫酸钙 、氯化 钠 、氯化铁 、氯化铬 、次氯酸钠 、氢氟酸钠等溶液 ;
Abstract: The intergranular corrosion was one of the most important reasons to lead austenitic stainless steel p ressure vessels to failure, which seriously affected the safe operation of austenitic stainless steel p ressure vessels. The fundamental mechanism of intergranular corrosion of austenitic stainless steel was elaborated, and four m easures were put forward to p revent austenitic stainless steel p ressure vessels from intergranular corrosion.
(4) 其他 ———氢氧化钠 、硫化铁 、硫化铝 、硫化铁 、湿二氧化 硫 、三氯化铁 、尿酸氨基甲酸铵溶液 、亚硫酸纸浆 、牛皮纸浆 、亚 硫酸蒸煮液 、玉米淀粉浆 (由盐酸或硫酸制 ) 、甜 菜汁 、石油原 油 、油田污水 、海水 、清水堆高温水 、人体液等 [2 ] 。
3 解决不锈钢压力容器晶间腐蚀倾向的措施
(3)进行固溶化处理 。奥氏体不锈钢经固溶处理后 ,其力学 性能比较如表 2 (参考标准 GB / T4237 - 2007不锈钢热轧钢板和 钢带 )所示 ,可见其强度和塑性非常接近 , 而所有的奥氏体不 锈钢均不能热处理强化 ,只能通过冷作硬化以提高强度 、硬度 , 在产品性能允许的情况下选用适当的材料 ,同时避免在晶间腐 蚀的敏感温度区间的停留时间 ,这是避免晶间腐蚀最有效的办 法;
HUAN G Fei1 , HU X iao - long2 (1 M echanical and Electrical Engineering Institute, B eijing University of Chem ical Technology, B eijing 101100;
2 B eijing Guohua Tegao Chem ical Equipm ent Co. , L td. , B eijing 101113, China)
1 晶间腐蚀的成因
不锈钢耐腐蚀的根本原因在于它含有铬 、镍等提高金属电
极电位的元素 。在金属基体中 ,当铬含量达到 1117w t%时 ,含铬
不锈钢就能在其阳极 (负极 )区的基体表面形成一种致密的氧化
膜 Cr2O3 ,即钝化膜 。钝化膜可以阻碍阳极区的反应 ,同时增加 阳极电位 ,减缓基体电化学腐蚀 。然而不锈钢在 300℃以上的热 过程中 ,晶粒边界会析出碳化铬 、氮化铬和铬的其他金属间的化
京 ,化学工业出版社 , 2008: 173. [ 4 ] 林晓云. 18 - 8奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀的评定及控制 [ J ].
理化检验 - 物理分册 , 2007, 43 (5) : 236 - 238. [ 5 ] GB / T4237 - 2007,不锈钢热轧钢板和钢带 [ S ]. [ 6 ] 黄一桓. 奥氏体不锈钢晶间腐蚀机理及预防措施 [ J ]. 中国科技 ,
2 晶间腐蚀的预防
可能引起不锈钢制压力容器晶间腐蚀倾向的介质如下 : (1) 无机酸 ———硝酸 、硫酸 、盐酸 、磷酸 、铬酸 、亚硫酸 、氢氟 酸 、氢溴酸 、氢碘酸 、氢氰酸 、氯氰酸 、氨基磺酸 、次氯酸等 ; (2) 有机酸 ———工业乙酸 、乙酸酐 、甲酸 、草酸 、乳酸 、乙二 酸 、丙二酸 、苯二酸 、环烷酸 、水杨酸 、脂肪酸 、苹果酸 、柠檬酸 、马
·180·
广州化工
2010年 38卷第 4期
奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防
黄 菲 1 ,胡晓龙 2
(1 北京化工大学机电工程学院 , 北京 101100; 2 北京国华特高化工设备有限公司 , 北京 101113)
摘 要 :晶间腐蚀是奥氏体不锈钢制压力容器产生失效的主要原因之一 ,严重影响了容器的安全运行 。本文阐述了奥氏体不
旧牌号
0Cr18N i9 0Cr18N i10Ti 0Cr17N i12Mo2 0Cr19N i13Mo3 00Cr19N i10 00Cr17N i14Mo2 00Cr19N i13Mo3
表 2 压力容器常用奥氏体不锈钢板力学性能 [5 ]
新牌号
抗拉强度 Rm /MPa 不小于
06Cr19N i10
晶间腐蚀倾向降至最低 ,保证奥氏体不锈钢制压力容器的安全 运行 。
参考文献 [ 1 ] 曲兴胜. 奥氏体不锈钢晶间腐蚀 [ J ]. 辽宁工学院学报 , 2007, 27
( 1) : 49 - 50. [ 2 ] GB / T 21433 - 2008,不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验 [ S]. [ 3 ] 王非. 化工压力容器设计 ———方法 、问题和要点 [M ]. 第二版 ,北
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06Cr18N i11 Ti
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06Cr17 N i12Mo2
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022Cr19N i13Mo3
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022Cr17 N i12Mo2
485ห้องสมุดไป่ตู้
022Cr19N i13Mo3
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延伸率 A / %
40 40 40 40 40 40 40
硬度 不大于
210 200 220 220 210 220 220