二. 应力腐蚀开裂

二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 冷轧态没有硝脆敏感性(表3—5b注②)，但在590℃或 更高的温度回火30分，则具有高度的硝脆敏感性(图 3—13及3—14)， • 接受碳、氮晶界偏析引起硝脆的观点，可以较好地 理解上述的宏观规律。 • (1)淬火—回火处理。925℃困溶处理使碳化物及氮 化物全部 • 溶解，碳及氮原子偏析在奥氏体及随后的铁素体晶界， 淬火后仍保持这种状态，因而具有高度的硝脆敏感性。 随后的回火，将发生晶界及晶内的碳化物及氮化物沉 淀。由于碳化牧本身对于应力腐蚀开裂没有直接影响 (参见2．1．1．3节)。晶内析出碳化物(或氮化物)， 使晶内的碳(或氮)浓度下降，晶界平衡的碳(或氮)浓
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• •
施
1.4． 预防措
对于非常稀的碱溶液，例如锅炉水，发生碱脆破裂 的主要原因是由于碱液被局部浓缩的结果，因此， 对于这一类情况，防止碱脆破裂的主要措施是防止 碱的局部浓缩，消除会引起碱的局部浓缩的内表面 缺陷，或者进行水处理，使碱中和。例如用硫酸盐 进行水处理，生成硫酸钠，在碱沉积之前先沉积在 钢的表面，这样可以防止浓缩碱直接与钢接触．
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
•
素
•
1.3． 影响因
浓度 低于5%一般不发 生
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
•
1.3． 影响因 素
• 温度 介质温度越高超容易产生碱脆破裂．当溶液温度接 近或大于沸点时，最容易产生碱脆破裂． 美国ACE 的调查报告证实了这一点，他们认为，对于低碳钢 或低合金钢，只有在介质温度大于65℃时，才会发 生碱脆破裂． 微碱性高温高压水引起的碱脆破裂， 通常发生在150—300的温度范围内．100以下及 300℃以上很少发生． 温度越高，越容易发生晶间型破裂，穿晶裂纹一 般只发生在低温
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1.2． 机理 • 应力腐蚀断裂机理属于沿晶阳极溶解型， • 活化途径是预先存在的，由于介质的浓度 及温度使这种钢的阳极极化曲线如图2—16 所示，断裂电位位于活伦钝化转变的范围 内。必须有垂直于裂纹的应力存在，才能 使膜破坏而使裂纹尖端位于活化区。
二. 应力腐蚀开裂
二. 应力腐蚀开裂
3 碳酸盐腐蚀开裂 4 典型事列
• 碳酸盐腐蚀开裂普遍出现在催化裂化装置分馏 塔的上部冷凝回流系统、下游的富气压缩系统 和酸水系统中。
二. 应力腐蚀开裂
4 高强钢应力腐蚀开裂
二. 应力腐蚀开裂
4.1 湿H2S 4 高强钢应力腐蚀开裂
开 裂 有 4 种 形 式 ：
• • • •
二. 应力腐蚀开裂
• • • • • • • • 2.1 碳钢-碱腐蚀开裂 2.2碳钢-硝酸盐应力腐蚀开裂 2.3碳钢-硫化物应力腐蚀开裂（SSC） 2.5碳钢-碳酸盐腐蚀开裂 不锈钢应力腐蚀开裂 2.6氯化物应力腐蚀开裂SISCC 连多硫酸腐蚀开裂（PTA） 2.8 氢应力腐蚀开裂（HSC-HF）
氢鼓泡(HB) 氢致开裂(HIC) 硫化物应力腐蚀开裂(sscc) 应力导向氢致开裂(SOHIC)
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 4． 案例
催化裂化三旋-碳钢硝脆
二. 应力腐蚀开裂
3 碳酸盐腐蚀开裂
• 碳酸盐腐蚀开裂是在含碱性的含有中高浓度碳酸盐 的酸水、拉应力和腐蚀性介质的共同作用下导致开 裂。裂纹主要产生在晶间，较典型地出现在焊接制 造制品中，裂纹成非常细的网状分布，而且裂纹中 充满氧化物。
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 但在高温(443—550℃) 长期回火时，由于初期晶内 沉淀的碳化物(或氮化物)溶解，导致晶内的碳(或氮) 又扩散进入晶界，恢复 • 硝脆敏感性(图3—15)。 • (2)冷加工—回火处理。冷加工使碳化物或氮化物沿 滑移线沉淀，降低了钢中晶内及晶界的碳含量，而晶 粒又已严重畸变，其晶 • 界已无使断裂连续扩展的途径，故硝脆的敏感性很低。 回火发生再结晶，重新显示硝脆敏感性。
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
典型事例和选材措施 • 石化系统在90年代，陆续发现FCC装置再生器，外 取热器，三旋及连接烟气管道焊缝出现大量穿透性 裂纹。统计规律表明产生裂纹高敏感性的条件是： 重油催化装置，壁温在120℃以下，烟气氧含量较高， 冬季等。 • 当工艺条件不可改变时，避免应力腐蚀环境最佳方 法是提高器壁温度在烟气露点温度以上，国外设计 标准>170℃，国内早期观念是低于100℃，其他措
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 碱腐蚀开裂可以定义为金属在NaOH存在 的条件下，拉应力和适当温度产生的开裂。 裂纹主要产生在晶间。在碳钢中典型地出 现如网状的细小的裂纹。碱液浓度、金属 温度和拉应力水平确定碱腐蚀开裂的敏感 性。有些开裂在几天内发生，而更多的需 要延长到几年才暴露出来。增加碱溶液浓 度或金属温度可以加速开裂速度。
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1.2． 机理 • 由于环境氢脆和电化学应力腐蚀破裂的共 同作用的结果． • 碳钢在碱性溶液中，由于铁处于低电位， 因此要发生阳极溶解：
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1.2． 机理 • 但是，有人认为：”尽管金属在碱液中的 阳极和阴极的电化学反应过程中均有氢原 子产生，然而碱脆和氢脆不能混为一谈， 碱脆主要是碱起作用，氢的作用处于次要 地位．认为，碱的作用主要有两方面：一 是碱和晶界处无保护的铁原子作用生成氧 化物，由于体积增大，产生固体腐蚀产物 的楔入作用，使该处的应力增高；二是碱
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 3． 影响因 素 • 化学成分 • 钢中的碳， 对硝盐破裂 有很大的影 响。硝盐断 裂时间随含 碳量的减少 而， • 但<0.01时 不开裂
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 加入能形成不溶性铁盐的阴离子，如磷酸根、 抑制硝脆。 Cr大于2%的钢可抗碳酸盐腐蚀开裂 • 低碳钢在925℃淬火后， 在250℃及更高的温 度回火30分，可显著地降低硝脆敏感性。但是， 这种效应在443—550℃回火又消失。
1 碳钢SCC
•
1.4． 预防措
二. 应力腐蚀开裂
• 碳钢在金属温度小于46℃时不会出现腐蚀性开裂。 在46℃到82 ℃范围之内，开裂敏感性使碱液浓 度的函数。超过82 ℃，开裂敏感性也是碱液浓 度的函数。对于所有见浓度超过5%（wt）的情 况开裂具有高度的可能性。尽管开裂敏感性在碱 浓度小于5%时非常低，但是存在高温情况时 （接近沸腾）会产生局部的浓缩而增加开裂的敏 感性。对每英寸厚度在大约621℃下保温1小时 （最少一小时）的热处理方法被证明是一种对碳 钢有效的防止碱腐蚀开裂的消除应力热处理方法。
二. 应力腐蚀开裂
施 • 对于焊接或冷加工的容器，残余应力对碱脆的影响 很大，因此，焊后或冷加工后，采用去应力退火处 理是防止碱脆破裂的有效途径．焊后去应力退火温 度不应低于650℃． 涂层
1 碳钢SCC
•
1.4． 预防措
二. 应力腐蚀开裂
施 • 加缓蚀剂是防止碱脆的又ห้องสมุดไป่ตู้重要措施． 出硫酸钠可以防止锅炉水的碱脆破裂。硫酸钠与锅 炉水总的碱度对于防止碱脆的最佳比例为
1 碳钢SCC
1.2． 机 理
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• • • • • • • 1.2． 机理 低碳钢虽然已存在活化区，但在无应力时的热浓硝盐中， 沿晶 腐蚀不超过10-2mm即停止；只有施加应力或阳极极化， 才能导致 沿晶穿入几乎断开，前者破坏膜，后者阻止腐蚀产物的沉 淀 。说明了应力和沿晶腐蚀的协同作用导致应 力腐蚀开裂和断裂。 晶界活化区是由于碳、氮和其它有 害杂质琉、磷、砷等在晶界 偏挤引起的，而不是由于晶界沉淀Fe3C引起的。——方 面，相对于基体，Fe3C是阴极相；另一方面，裂纹是沿 基体与Fe3C的界面扩展
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC 应力 低碳钢在碱性介 质中 的脆化破裂，起 主要作用的是应 力．在实际构件 中，焊接残余应 力是造成碱脆破 坏的重要原因 •
•
因素
1.3． 影响
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1. 3． 影响 因素
• 成分和组织 对于低碳钢来说，含碳量越高，抗碱脆破裂性能越好， 碳的上限大约为0．2％． 低碳钢经Ac3和Ac1之间加热， 保持1小时，空冷热处理后，由于晶界上析出的微细碳 化物球化，可以增加对碱脆破裂的抵抗力。含碳量极低 的碳钢(0．05—0．009％C)经780℃热处理也不能改善其 抗碱脆破裂的性能．
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
•
1.3． 影响因 素
成分和组织
•
对于低碳钢在氢氧化物水溶液中的破裂是晶间型的还 是穿晶型的，主要取决于钢的含碳量及介质温度。对于 含碳量在0．07％以上，例如含碳量为0．07—0．11％ 的碳钢，大多是发生晶间型裂纹．这主要是因为晶界上 有碳化物析出和非金属夹杂物存在的缘故．对于含碳量 低于0．03％的低碳钢大多穿晶
二. 应力腐蚀开裂
3 碳酸盐腐蚀开裂
断面收缩率的 “谷区”，即出 现应力腐蚀断裂 敏感的区域，其 电位区为— 475mV—625mV， 最低的对应的电 位为—550mV这 个应力腐蚀断裂 敏感的电位
二. 应力腐蚀开裂
3 碳酸盐腐蚀开裂
，正是图3—22中 动电位的阳极极 化曲线上不稳定 钝化的电位区， 即活化—钝化转 变的电位区
二. 应力腐蚀开裂
典型事例
SCC- case-碳钢碱脆-催化余热锅炉换热器管板
二. 应力腐蚀开裂
腐蚀速率确定
• 见图12-4纯碱腐蚀曲线
二. 应力腐蚀开裂
选材与措施
• 炼油厂通常使用碱中和硫化氢，储罐和管线 采用碳钢材料。由于发生碱腐蚀场合主要在 设备内温度高和浓缩处，因此，结构设计与 对制造有特别要求，同时精心操作可避免腐 蚀。
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
•
• •
• •
• • •
1． 现象 低碳钢在硝酸盐溶液中发生的腐蚀破裂是典型的 电化学 型应力腐蚀破裂，而且只有低碳钢在硝酸盐中才会 发生这种 典型的应力腐蚀破裂。 早在1921年就有关于在硝酸铵生产中的贮罐及蒸 发器 发生腐蚀破裂的报道。著名的美国俄亥俄河吊索桥 吊缆的破 坏，也是属于硝盐破裂． 在HAZ起裂，沿焊缝或垂直扩展，穿晶。
二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• •
2． 机理 低碳钢硝盐破裂基本上是属于阳极开裂型 的应力腐蚀破裂．pH值2~12均会开裂，产生 SCC电极电位非常宽，可达2000mV
•
二. 应力腐蚀开裂
硝酸盐应力腐蚀开裂 • 炼油厂凡和烟气接触的设备，在冷凝温度下有水的存 在，都有可能出现硝酸盐应力腐蚀开裂。硝酸根来自 原料中的氮化物或高温下燃烧生成的NOx。加热炉、 锅炉、FCC装置再生器系统、硫磺回收装置的焚烧炉 等炉壁，热回收系统都处于这个环境。