不銹鋼常壓容器應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂分析

崔彥龍 梁向榮

摘 ?要：當(dāng)前我國(guó)以焦化、石油行業(yè)逐漸成為工業(yè)中十分重要的內(nèi)容。但應(yīng)力腐蝕裂紋已經(jīng)成為行業(yè)壓力容器中較為突出地問(wèn)題。為了進(jìn)一步減少壓力容器設(shè)備中由于腐蝕所引起地諸多不良現(xiàn)象，本文針對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)地問(wèn)題結(jié)合行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r做出了深入的分析和研究，并對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題事故展開(kāi)了策略性的分析和建議，旨在不斷完善行業(yè)的發(fā)展能力和發(fā)展水平。

關(guān)鍵詞：不銹鋼;壓容器;腐蝕開(kāi)裂;分析建議

1.產(chǎn)品在生存過(guò)程中出現(xiàn)裂紋情況的假設(shè)性分析

以常規(guī)壓力脫苯塔的條件下，對(duì)不銹鋼常壓容器應(yīng)力腐蝕能力做出了假設(shè)。將其壓力設(shè)置為0。1MPa，并將操作環(huán)境的溫度設(shè)定為200℃，所采用的主體材質(zhì)的厚度為10㎜，材質(zhì)選用S31603.經(jīng)過(guò)階段性的使用觀察后發(fā)現(xiàn)，在使用時(shí)間為3個(gè)月的時(shí)間點(diǎn)，不銹鋼常壓容器出現(xiàn)了輕微的泄漏情況。而采用奧氏體不銹鋼材質(zhì)的常壓容器則不會(huì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂或是冷裂紋的現(xiàn)象。不僅如此，在熱焊接的過(guò)程中，奧氏體不銹鋼所制作的常壓容器的探傷結(jié)果也為良好以上[1]。因此，根據(jù)以上假設(shè)性研究結(jié)果，做出以下分析和論述。

1.1結(jié)晶間腐蝕裂紋分析

結(jié)晶間腐蝕常發(fā)生于晶粒邊界或是其他相接近的位置。由此推斷，若此裂紋可以定性為結(jié)晶間腐蝕，則敏華溫度以及貧鉻理論可以成為影響其成因的主要因素。而對(duì)兩種不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，其中S31603材質(zhì)的不銹鋼，在工作溫度上為接近150℃，而采用奧氏體不銹鋼的工作溫度則在560℃和700℃這一區(qū)間，由此可見(jiàn)，其工作溫度并未達(dá)到可以敏華的區(qū)間。因此，S31603可以定性未超低碳不銹鋼體，并可以在常壓容器中較好的防止貧鉻層的出現(xiàn)，降低結(jié)晶裂紋出現(xiàn)的可能性。

1.2接頭脆化分析

接頭脆化是不銹鋼常壓容器中出現(xiàn)腐蝕開(kāi)裂的重要原因之一。因此，N元素作為接頭脆化開(kāi)裂的重要內(nèi)容，為了避免出現(xiàn)此現(xiàn)象，可以在塔器焊接的過(guò)程中，需要采用低氫或是低氮以及埋弧焊等相關(guān)焊接的方式，會(huì)最大限度地降低接頭脆化的現(xiàn)象出現(xiàn)。值得一提的是，盡管在此種不銹鋼中有一定Cr和Mo的含量，但不足以造成脆化的出現(xiàn)。

1.3應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂分析

在實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，采用奧體式不銹鋼進(jìn)行焊接的常壓容器出現(xiàn)腐蝕以及裂紋的現(xiàn)象較為明顯，并會(huì)在焊接接頭處出現(xiàn)較為明顯和突出的失效問(wèn)題。因此，為了進(jìn)一步解決這一復(fù)雜現(xiàn)象，首先對(duì)應(yīng)力腐蝕的金相特征進(jìn)行了針對(duì)性的研究和分析，其結(jié)果表明，在裂紋出現(xiàn)和形成的過(guò)程中，裂紋往往從表面尖端開(kāi)始出現(xiàn)不斷地分支，且裂紋會(huì)呈現(xiàn)樹(shù)枝狀態(tài)。而在后期裂紋端口中則會(huì)出現(xiàn)龜裂地情況，而通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)常壓容器地裂紋觀察中也發(fā)現(xiàn)，其裂紋會(huì)出現(xiàn)曲折蜿蜒地狀況，并在容器橫向或縱向的方向都會(huì)出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，為了進(jìn)一步得到觀察效果，在結(jié)果分析的過(guò)程中，通過(guò)顯微鏡的方式對(duì)其進(jìn)行了更進(jìn)一步的觀察，其發(fā)現(xiàn)裂紋開(kāi)裂的可能性會(huì)更大[2]。

2.應(yīng)力腐蝕裂紋的內(nèi)容性拓展分析

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般是金屬在特定的環(huán)境溫度下，受到了相應(yīng)壓力作用，會(huì)出現(xiàn)一定延遲開(kāi)裂的現(xiàn)象，俗稱SCC，也叫做應(yīng)力腐蝕裂紋。在特征上，應(yīng)力腐蝕裂紋在外觀上常出現(xiàn)較為明顯且伴有不連續(xù)的龜裂形狀，而在進(jìn)行熱焊接的過(guò)程中，則是以橫向裂紋的現(xiàn)象較多，并逐漸向縱向的方向上發(fā)展，并呈現(xiàn)樹(shù)枝根須的基本形狀。從諸多的研究和調(diào)查結(jié)果上可以發(fā)現(xiàn)，其裂口存在的深度和寬度常會(huì)達(dá)到幾十以上，并呈現(xiàn)細(xì)致且較長(zhǎng)的二次裂紋。從不同的斷裂口所呈現(xiàn)的特征上分析可以看出，所有出現(xiàn)的斷裂口都未脆性斷裂，并在斷裂口的表面呈現(xiàn)出相應(yīng)的氧化物以及腐蝕物等。幫夾雜著穿晶的現(xiàn)象。而造成應(yīng)力腐蝕裂紋現(xiàn)象形成的原因也離不開(kāi)環(huán)境和合金材質(zhì)的成分。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，金屬材質(zhì)在百分之百純金的狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的現(xiàn)象，而一般使用的合金材質(zhì)，只會(huì)存在微量的金屬成分，并在特殊操作環(huán)境的影響下會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)象。但可以確定地是，不同地應(yīng)力腐蝕會(huì)與相應(yīng)地材料做出一定地適應(yīng)性匹配，具體匹配內(nèi)容表格如下：

而在應(yīng)力腐蝕裂紋條件形成地過(guò)程中，主要形成腐蝕開(kāi)裂的原因主要有拉應(yīng)力、合金以及介質(zhì)等條件。而開(kāi)裂的階段也主要經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程：即孕育、擴(kuò)散以及破裂這三個(gè)進(jìn)階階段。在最初形成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的過(guò)程中其所用材料的表面會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的拉應(yīng)力作用，并造成一定的變形，并會(huì)在材料的表面出現(xiàn)按相應(yīng)的錯(cuò)位和滑移，繼而在滑移接觸點(diǎn)的位置出現(xiàn)快速溶解的現(xiàn)象;擴(kuò)散階段則是在腐蝕應(yīng)拉力和腐蝕介質(zhì)的共同影響和促進(jìn)下，產(chǎn)生一定的橫向發(fā)展;最后則是破裂階段，在發(fā)展進(jìn)程不斷加快的過(guò)程中出現(xiàn)最終裂紋的產(chǎn)生[3]。

通過(guò)上述內(nèi)容分析可知，影響應(yīng)力腐蝕裂紋的原因有諸多，不僅涉及介質(zhì)的影響，還有水壓以及雨水的腐蝕，需要不斷對(duì)其研究和措施分析，通過(guò)合金和介質(zhì)的匹配性，結(jié)構(gòu)和接頭的匹配性，以及在材質(zhì)進(jìn)行組裝和焊接過(guò)程中的合理性，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，采才可以從根本上避免應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)不銹鋼常壓容器應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象進(jìn)行深入研究和分析中發(fā)現(xiàn)，在塔器使用和焊接過(guò)程中所出現(xiàn)的裂紋問(wèn)題，不僅和所使用的材料以及實(shí)際生產(chǎn)和操作的環(huán)境有關(guān)，更涉及諸多其他因素。因此，在未來(lái)行業(yè)發(fā)展和提升的過(guò)程中，需要不斷對(duì)其工藝進(jìn)行重視，避免重大事故的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?智春生. 油田采出水平均腐蝕速率常壓容器試片測(cè)試法的改進(jìn)[J]. 油氣田地面工程，2018（8）：98-99.

[2] ?李海英. 大型鋼制矩形常壓容器有限元分析設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技投資，2017（26）.

[3] ?程新宇. 大型鋼制矩形常壓容器有限元分析設(shè)計(jì)[J]. 石油化工設(shè)備，2017（01）：46-49.

[4] ?王志泉，宋強(qiáng). 化工企業(yè)常壓容器使用安全與管理淺析[J]. 中國(guó)設(shè)備工程，2017（6）：24-25.

作者簡(jiǎn)介：崔彥龍，男，本科，宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司設(shè)備研發(fā)部工程師，現(xiàn)從事化工機(jī)械非標(biāo)設(shè)備以及硫酸系統(tǒng)特種設(shè)備的研究設(shè)計(jì)工作。