不锈钢氯离子应力腐蚀开裂分析

不锈钢氯离⼦应⼒腐蚀开裂分析
技术与信息
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2019年4⽉
产物，对其进⾏化学分析，发现其中氯离⼦的含量⽐较⾼。

不锈
钢部件的氯离⼦应⼒腐蚀开裂从萌⽣到开裂失效往往会经历较长的使⽤过程，可能是⼏年或者⼏⼗年，⽽该设备上所使⽤的两只三通才更换使⽤不到两个⽉时间，这么短的时间内造成如此⼤的裂纹，可以说该三通部件没有经历孕育萌发阶段⽽直接进⼊裂纹扩展阶段。

通过对该企业留存的不锈钢三通备件进⾏检查发现，三通内表⾯不光洁，
存在较多的⽑刺，未经过有效的表⾯处理，外表⾯肩部有明显的压痕，见图2所⽰，三通在冷压制成型过程中在其肩部造成了较⼤的残余应⼒以及组织的转变(马⽒体相变)，在很⼤程度上促使该部件氯离⼦应⼒腐蚀开裂的形成，同时管道输
送的介质中存在较⾼浓度的游离态氯离⼦，同时该管道输送介
质的温度常年25～45℃的较⾼使⽤温度下使⽤，各种因素的综
合影响，导致该三通部件在使⽤过程中直接跳过了裂纹孕育期，
急速进⼊裂纹稳定扩展阶段，
最终形成裂纹造成部件失效。

　图1 裂纹⾦相图图2 不锈钢三通部件
3 三通肩部应⼒腐蚀开裂的关键因素
氯离⼦不但能造成不锈钢压⼒容器管道的孔腐蚀，⽽且更容易造成不锈钢压⼒容器及管道元件的应⼒腐蚀开裂。

其影响因素包括：氯离⼦浓度、拉应⼒、温度以及pH 值、氧含量、合⾦成分等。

3.1 介质中氯离⼦含量
氯离⼦含量是影响不锈钢应⼒腐蚀开裂的直接因素，氯离⼦含量与应⼒腐蚀开裂成正⽐，在⾼温情况(⼤于60℃)，氯离⼦含量只要达到1mg/L，就能够直接造成构件的破裂。

0 引⾔
2010年11⽉20⽇，泰兴某化⼯烧碱企业产烧碱量达到70万吨以上，其在⽤的8万吨/年改性聚氯⼄烯项⽬所使⽤的两台氯⼄烯泵后相连的压⼒管道三通成品管件，在投⽤使⽤了两年多后三通成品管件肩部发⽣开裂性泄漏，开裂部位形貌如树枝根须状。

该⼯程项⽬上氯⼄烯管道在⽤的两只成品三通，且
都不同程度的出现了同样的问题。

根据现场资料显⽰三通规格
为φ159×4.5，材质为0Cr18Ni9，设计使⽤压⼒是1.60MPa，设计使⽤温度为常温，⽇常⼯作介质为氯⼄烯。

1 三通件裂纹的检验分析
经过事故调查和检验分析，该⼯程所使⽤的压⼒管道在安
装过程中实施了严格的安装监督检验，不仅对该⼯程所使⽤的
三通材料进⾏了光谱检测，⽽且复验合格，见表1所⽰。

光谱分
析发现该不锈钢材质符合0Cr18Ni9材质的要求。

同时也按照
特种设备相关安全技术规范和设计⽂件的要求进⾏了脱盐⽔的⽔压试验和⽓密性试验，试验全部合格。

⽽事故压⼒管道三通肩部所发⽣的开裂，是在使⽤过程中发⽣的延迟性裂纹。

结合该企业压⼒管道所使⽤环境条件，可以初步认为是由于三通
肩部在制造压制过程中存在较⼤的残余拉应⼒，0Cr18Ni9不
锈钢材质在氯⼄烯液的作⽤下，发⽣了由氯离⼦造成的应⼒腐蚀开裂，见图1所⽰。

表1 样件光谱分析化学成分表
C Si Cr Mn Ni 0.068
0.97
13.89
5.42
4.19
通过试样⾦相分析，⾦相组织裂纹呈树枝状穿晶扩展，裂
纹起源于断⼝处，本⽂结合本事故案例，对不锈钢三通件的氯离⼦应⼒腐蚀开裂进⾏了系统的分析。

2 三通件应⼒腐蚀开裂成因分析
不锈钢部件的氯离⼦应⼒腐蚀开裂⼀般只有在特定使⽤条件(氯离⼦腐蚀环境以及不锈钢对氯离⼦的⾦属敏感性)下才会产⽣。

现场调查发现三通肩部有明显的加⼯变形，且内表⾯有点蚀坑，对部件试样断⼝形貌分析，发现断⼝堆积有腐蚀
不锈钢氯离⼦应⼒腐蚀开裂分析
王家⽂张伟刚*(江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院，江苏泰州 225300)
摘要：⽂章结合某化⼯装置氯⼄烯压⼒管道三通管件发⽣裂纹泄漏的案例，对不锈钢氯离⼦应⼒腐蚀开裂的原因进⾏了系统的分析，研究氯离⼦应⼒腐蚀开裂的机理，影响不锈钢氯离⼦应⼒腐蚀开裂的因素。

最后对该案例提出了合理化的建议与措施。

关键词：不锈钢；氯离⼦；应⼒腐蚀；开裂；机理
Analysis of Chloride Ion Stress Corrosion Cracking of Stainless Steel
WANG Jia-wen ，ZHANG Wei-gang *
(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Of Jiangsu Province ，Taizhou 225300，China)
Abstract: In this paper,combining with a case of crack leakage of the three-way pipe fittings of vinyl chloride pressure pipeline in a chemical plant,analysis of causes of stress corrosion cracking of stainless steel caused by chloride Ion. Study the mechanism of chloride ion stress corrosion cracking and affect the stress corrosion cracking of stainless steel chloride. Finally,some reasonable suggestions and measures are put forward for this case.Keywords: stainless steel; chloride ion; stress corrosion; crack; mechanism。