碳钢容器应力腐蚀分析

万方数据第４４卷第４期氯碱工业Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．４２（　　）Ｘ８年４月Ｃｈｌｏｒ一ＡｌｋａｌｉｌｎｄｕｓｔｙｒＡｐｒ．，２００８碳钢容器应力腐独含析曹东辉＊（丹东市锅炉压力容器检验研究所，辽宁丹东１１８《众））〔关键词〕烧碱装置；碳钢容器；应力腐蚀［摘要］介绍了ＮａｏＨ对碳钢应力腐蚀的机制及防护措施。［中图分类号］ＴＱｌｌ４．１５［文献标志码ＩＢ［文章编号］１０８一１３３ｘ（２（）Ｘ８）４０一以”１一０２　　　　目前，国内氯碱生产企业主要是以原盐为原料，由多种原因引起的局部腐蚀是主要的，它轻易造成普遍采用离子膜或隔膜法电解生产工艺，生产过程设备的忽然破坏，危害极大。碳钢受高温、浓碱腐蚀中的成品ＮａＯＨ对碳钢制容器具有极强的腐蚀性，后会发脆，若同时有外加应力（载荷的作用）、焊接常常在容器筒体和焊缝处发生腐蚀开裂，这些腐蚀残余应力、装配应力或温差应力的作用，则会产生不都属于应力腐蚀范畴。防止碳钢制容器的腐蚀，降低企业生产成本，保证生产稳定运行，需要分析同程度的应力腐蚀，加速材料的破坏，这种现象一般Ｎａ０Ｈ腐蚀碳钢的机制，采取针对性措施，避免或延称“碱脆”，特别是在焊缝热影响处“碱脆”情况比较缓碳钢制容器的应力腐蚀。多。据介绍：巧％一４８％的ＮａＯＨ介质，温度低于ＩＮａ０Ｈ对碳钢的应力腐蚀８２℃时不发生“碱脆”，而５０％的Ｎａ０Ｈ介质在５２　　　　金属或合金在特定腐蚀环境下，受应力特别是℃时就发生“碱脆”。“碱脆”可使设备焊缝两边加拉伸应力的作用，虽然在外观上没有多大变化（如热区出现裂缝，造成碱液泄漏。一经漏碱，焊缝区域未产生全面腐蚀或明显变形），但却产生了裂纹，这很难清理干净，补焊处的金属母材经无损检测常常种情况称作应力腐蚀裂纹。应力来源一般是残余应存在微裂纹，容器投人生产又会泄漏。在生产中，往力与工程载荷应力的叠加，在全面腐蚀较严重的情往采用挖补的方法，将出现裂纹的焊缝用气割挖补，形下，不易产生应力腐蚀裂纹。应力腐蚀外观虽无再将周围清理干净，补上整块钢板，焊缝采取适当的变化，但裂纹发展迅速且预测困难，因而更具危险退火处理。性。由于金属材料和腐蚀环境结合的情况有所不ＺＮａ０Ｈ对碳钢应力腐蚀的机制同，应力腐蚀裂纹也各不相同。根据材料的微观组ＮａＯＨ对碳钢“碱脆”的机制目前还没有统一的　　　　织，可以鉴别裂纹的特征，有的是沿晶粒边缘产生的认识。普遍认为是碳钢在高温下与水蒸气产生如下裂纹，有的是伸展到晶粒内部而又有显著分枝的裂纹，有的则是与晶粒边缘、晶粒内部无关的裂纹。的化学反应：Ｎａ　　　　０Ｈ是氯碱生产中腐蚀性较强的介质。在常　　　　３Ｆｅ＋４Ｈ２０一Ｆｅ３０４＋４Ｈ２。温下，质量分数感３０％的稀碱液可使钢铁表面生成在该反应中，　　　　氢氧化钠起催化作用，其过程是：不溶性钝化膜，而使其有良好的耐蚀性。但是，钢铁３Ｆ　　　　ｅ＋７Ｎａ０Ｈ一Ｎａ３ＦｅＯ３・ＺＮａＺＦｅ０２＋７Ｈ＋的耐蚀性能随碱液的浓度和温度的升高而降低。当＋７ｅ，碱液质量分数＞３０％时，则钝化膜的保护性能随浓Ｎａ　　　　３ＦｅＯＺ・ＺＮａＺＦｅＯＺ＋５Ｈ２０一Ｆｅ３０；＋度的升高而降低，如温度也同时升高超过８０℃，普７Ｎａ０Ｈ＋３Ｈ＋＋３ｅ，通钢铁就会受到严重的腐蚀侵害。ＮａｏＨ对碳钢容３Ｆｅ＋４Ｈ２　　　　０一Ｆｅ３０４＋４Ｈ２。器钢铁的腐蚀侵害有两种，即均匀腐蚀和局部腐蚀，反应生成的Ｆ　　　　ｅ３０４覆盖在钢的表面，形成一层〔作者简介〕曹东辉（　　ｌ７９３一），男，工程师，９１％年毕业于沈阳化工学院化工设备与机械专业，现在丹东市锅炉压力容器检验研究所从事锅炉、压力容器检验工作。［收稿日期］２０　　　　　　０５一０１一１５逼羹矍叠‘碱工业’０８年焊；严格焊缝检测，对容器的Ａ、Ｂ类焊缝进行２０％保护膜。但可能由于过高的局部拉伸应力破坏局部区域的保护膜；也可能由于氢氧化钠富集在表面使比例或更高比例的ｘ射线探伤，对角焊缝进行渗透ｅ３Ｆ０；溶解；或这两种情况的联合作用，在金属表面・检测或着色探伤。碳钢制化工容器如焊后或冷加工万方数据形成最初的腐蚀裂纹，氢氧化钠富集在裂纹中，形成电化学腐蚀。裂纹的尖端区域成为阳极，而裂纹周围的保护层成为阴极，再加上拉伸应力的作用，裂纹迅速扩展，最终导致断裂。碳钢的“碱脆”一般要同时具备３个条件，即高温、高浓度碱和拉伸应力。通过试验指出，质量分数为ｒｏ％的氢氧化钠溶液可以引起“碱脆”，而５％的碱液则不能。在氯碱隔膜电解装置贮槽中，刚刚生产出来的电解液温度在８０℃左右，碱质量分数为１０％，介质中存在氯酸盐和盐，在焊缝处，法兰、人孔连接处等，容易使碱浓度增大，加上不均匀的拉伸应力，使容器发生“碱脆”破裂。压力容器和锅炉的局部也经常富集氢氧化钠，如盐的沉积物或高温下水分蒸发，则会使局部的碱浓度增大，造成压力容器和锅炉的脆性破坏。早在１　　　　９世纪初，人们已经注意到蒸汽锅炉的损坏是碱的脆化作用所致。对于铆接结构的装置，往往在应力集中的铆钉孔处发生裂纹，铆钉孔处的氢氧化钠质量分数一般在３０％以上。对于碳钢，碱液质量分数在１０％一７５％之间最容易发生裂纹，但即使在１％左右也会发生裂纹；对于低合金钢，在其焊接区容易发生应力腐蚀裂纹，材质不同，裂纹的敏感性也不尽相同。碱引起的应力腐蚀裂纹在３３０℃以上的高温时，随着温度的上升，裂纹生长速度加快；当温度降低至３０℃以下时，裂纹不再生长。碱引起的应力腐蚀裂纹需要有非常高的应力，所以在残余应力较高的焊缝部位特别容易产生裂纹。３ＮａＯＨ对碳钢应力腐蚀的防治碳钢在Ｎａ　　　　ＯＨ质量分数为５％以上的碱液中容易产生碱脆，在约３０％时最危险；奥氏体铬镍不锈钢（１８一８型）在ＮａＯＨ质量分数为０．１％以上的碱液中均能发生“碱脆”，尤以约４０％ＮａＯＨ最危险；这时最易发生“碱脆”的最低温度为１巧℃左右。防止碳钢制容器发生“碱脆”，应采用合理的结构设计和制造工艺，在严格控制材料质量的同时提高制造质量，焊后进行适当的热处理（如低碳和低合金钢，采用６（）Ｘ一６５０℃退火处理），消除冷作、冲压、焊接过程中产生的内应力和残余应力；对接焊缝采用双面全焊透形式，接管与壳体的接头采用全焊透形式，尽量减少不连续的结构，焊接采用埋弧自动后，不进行消除应力热处理，则在ＮａｏＨ溶液中的使用温度不得大于表１所列温度。表ＩＮａ０Ｈ溶液中的使用温度上限　　　　　　　　　　不二茄居蓄落面万霭庵丁雨刁不丽福夏芬瓦甭飞荻工面芍２叨０３科３８叨５４５５８０５３４０１６７印０４巧０７０７８３加５６高浓度和高温Ｎａ　　　　０Ｈ介质的容器一般选用超低碳奥氏体不锈钢，由于含碳量（，（Ｃ）簇０．３０％）低不会有铬的碳化物在晶界析出，一旦发生应力腐蚀破裂，裂纹扩展速度不会受碳化物的影响而加快；另一方面从断裂力学观点，提高材料的韧性会增加在应力腐蚀环境中的断裂韧性。（）ＸＣｒｌ８Ｎｉｌｏ、田ＣｒｌｇＮｉｌｌ归又Ｌ）、（）ＸＣｒｌ７Ｎｉｌ４ＭＯＺ、ＳＵＳ３１０Ｅ优，这些超低碳不锈钢的屈服强度比一般奥氏体不锈钢屈服强度低，因此韧性好，　　抗应力腐蚀破裂能力强。所以，　　在ＮａＯＨ生产系统中，不锈钢均选用超低碳型，　　基本是基于上述两方面考虑的。４结语应力腐蚀裂纹是应力和腐蚀环境相结合造成　　　　的。所以，　　只要消除应力和腐蚀环境两者中的任何一个因素，　　便可以防止裂纹的产生，实际上既无法完全消除装置在制造时的残余应力，　　也无法使装置完全摆脱腐蚀性环境。我国在氯碱工业发展过程中对　　腐蚀研究投人很多，　　氯碱企业在生产管理过程中采取新的防腐技术，　　加强科学管理，取得了显著的经济效益。总之，　　有效避免和延缓氯碱工艺介质对碳钢制容器的腐蚀侵害，　　认真做好控制防护措施，对于保护人员和设备安全，　　保护环境，节约能源和材料，确　　保安全生产以及推动企业的持续、稳定、健康发展具　　有十分重要的现实意义。参考文献　　　　　　　　　　　　　　　　　　〔１　　］压力容器安全技术监察规程〔５］．北京：中国劳动社会保障出版社，　　　　１９９９．　　〔２〕程殿彬．离子膜法制碱生产技术【Ｍ］．北京：化学工业出版社，　　　　９１８９．【　　］３方度．氯碱工艺学【Ｍ〕．北京：化学工业出版社，１９０９・〔编辑：　　　　　　　　　　　董红果〕．于碳在奥氏体中的溶解度，