在用压力管道故障与失效7

3.2.6 连多硫酸应力腐蚀开裂

连多硫酸（H

2S

X

O

6

）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。

1）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+5O

2 Fe

2

O

3

·FeO+3SO

2

SO

2+H

2

O H

2

SO

3

H 2SO

3

+1/2O

2

H

2

SO

4

H 2SO

4

+FeS FeSO

4

+H

2

S

H 2SO

4

+H

2

S mH

2

S

x

O

6

+nS

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。

7.腐蚀疲劳或疲劳开裂

在循环应力（交变应力）和腐蚀介质共同作用下金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳（简记为CF）。

腐蚀疲劳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。

在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下造成断裂的循环数仍与应力有关。为了便于对各种金属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较，一般是规定一个循环次

。

数（如107），从而得出名义的腐蚀疲劳极限，记为s

-1c

在交变应力和腐蚀介质同时作用下，金属的疲劳强度或疲劳寿命降低的现象。

条件：交变应力+腐蚀作用

（1）任何金属（包括纯金属）在任何介质中都能发生腐蚀疲劳，即不要求特定的材料－环境组合。

（2）环境条件（腐蚀介质条件种类、温度、pH、氧含量等）对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。

（3）纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率有关。

（4）与应力腐蚀破裂相比，腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型。

（5）对金属材料进行阴极极化,可使裂纹扩展速度明显降低。

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。

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。

8.冲蚀

是指溶液与材料以较高速度作相对运动时，冲刷和腐蚀共同引起的材料表面损伤现象。

包括湍流腐蚀、空蚀、摩振腐蚀等。

湍流腐蚀：几何形状突变－高速介质冲击－金属表面成湍流

空蚀：金属与介质间作高速相对运动，如轮船螺旋浆－表面蜂窝状。相对速度大－压力局部下降－压力<水的蒸汽压－沸腾－气泡－压力恢复－爆破－冲击压力。

冲刷

冲刷是管道内的介质对管壁的长期冲刷，造成了管壁壁厚的减薄，当管壁的厚度不能满足强度要求时，就会在管道冲刷部位产生冲刷磨损破坏。管道直径越小，造成介质流速加大、冲蚀严重，引起的局部磨损会成倍增加。严重磨损一般多发生在流速大，而且流动方向不断改变的区域，如回弯头、T字型接头。冲刷是机械磨损。

冲刷腐蚀也称磨损腐蚀，介质流向突然发生改变，对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的化学或电化学腐蚀，从而造成比其他部位更为严重的腐蚀损伤，故腐蚀速度较快。这种损伤是金属以其离子或腐蚀产物从金属表面脱离，而不是像纯粹的机械磨损那样以固体金属粉末脱落。如果流体中夹有汽泡或固体悬浮物时，则最易发生磨损腐蚀。

典型颗粒在管道中的运动