压力容器应力腐蚀检验探析

1.概念

应力腐蚀是指特定的金属材料或合金在一定的应力(施加的外应力或残余应力)及特定的腐蚀介质共同作用下所产生的一种特殊开裂现象。为了讲清楚这个概念，我分3点来说。第一点：一个方面，压力容器存在的应力是应力腐蚀的必要条件之一。压力容器中存在的常见应力有载荷应力和残余内应力，这两种应力都可以引起应力腐蚀的发生。载荷应力就是工作介质对压力容器本身所造成的拉应力，这种应力普遍存在于压力容器中。这里我主要说一下残余应力，残余应力主要包括焊接残余应力，各种应力集中、结构不合理所引起的残余应力，残余应力的主要特点是无论设备运转或停车都会都经常起作用。另一方面，腐蚀介质和材料是一对组合，特定的腐蚀介质对特定材料才起到应力腐蚀作用。第二点：金属材料只有在拉伸应力和特定腐蚀性介质的共同作用下才会发生应力腐蚀现象。这就说明应力腐蚀包含着两个重要的因素，一个因素是拉伸应力，一个因素是腐蚀，腐蚀和应力这两个因素相互促进的，一方面腐蚀减少了金属的有效截面积，腐蚀在金属表面产生的缺口往往产生应力集中；另一方面，应力集中加快了腐蚀的速度，使金属表面缺口越来越大，最终导致断裂。第三点：大部分压力容器的腐蚀开裂都是由于应力腐蚀所引起的。普遍存在的载荷应力、难以避免的焊接应力、由于容器设计结构所造成的不同程度的应力集中，这些都使压力容器承受较大的拉伸应力，从而应力腐蚀现象在各种压力容器中普遍存在。

2.应力腐蚀的三个因素

2.1拉应力因素。载荷应力和残余应力是压力容器所承受的两种主要的拉应力,残余应力主要包括焊接残余应力、金属在冷加工过程中产生的残余拉应力以及由于不合理的结结构设计所产生的应力集中等。当压力容器所受的拉伸应力超过一定的限度时就会发生应力腐蚀断裂。

2.2环境因素。环境温度、介质的浓度、pH值、介质的含氧量等对金属或合金的应力腐蚀断裂敏感性都有不同程度的影响。比如压力容器只有高于一定的温度时,才发生应力腐蚀现象；介质浓度对应力腐蚀影响也很大，比如纯的液氨则不会引起应力腐蚀；pH值对应力腐蚀的影响也相当大,如在不锈钢应力腐蚀中,pH值越低应力腐蚀速度就越快；另外含氧量对应力腐蚀也起着重要的作用,例如在含有微量氯离子的溶液中,如果没有溶解氧,不锈钢就不会产生腐蚀。

2.3成分影响。一个是杂质对应力腐蚀的影响，比如钢中混有氧、氮、二氧化碳等杂质时将会加速容器的应力腐蚀；另一是材料的强度也会对应力腐蚀产生影响，特别是那些容易发生氢脆的容器，适当降低材料的强度可以有效地降低应力腐蚀。

3.压力容器检验中两种典型的应力腐蚀

3.1液氨压力容器的应力腐蚀

3.1.1综述

通常情况下，无水液氨只对钢产生均匀的减薄腐蚀，但是液氨非常容易受到空气的污染，比如液氨压力容器在停车充料、排料及停车检查过程中都有可能使液氨受到污染，液氨中混进空气，空气中的氧气和二氧化碳促进了液氨的应力腐蚀，在液氨与氧气、二氧化碳等杂质反应过程中所产生的氨基甲酸铵对碳钢有剧烈的腐蚀作用，它使钢材表面的钝化膜在拉伸应力的作用下发生滑移导致破裂，从而导致应力腐蚀裂纹；这种应力腐蚀，最主要的损伤形态就是表面开裂，裂纹中有蓝色的腐蚀物；最主要的敏感金属就是碳钢；这种应力腐蚀的主要影响因素就是液氨的纯度、温度及压力容器的应力状况。

3.1.2检验中需要注意的事项

一般情况下，纯的液氨和含水量0.2%以上的液氨对对钢板只产生轻微的腐蚀。但液氨容器在充装、排料及检修过程中，容易受空气的污染，空气中的氧、二氧化碳则促进氨对钢的腐蚀，所以对液氨进行成分分析显得十分重要。另外要特别注意焊缝附近，由于焊缝处残余应力较高，所以应力腐蚀比较严重。另外对于液氨压力容器，它的材料强度、工作温度、液氨纯度等都影响应力腐蚀的速度。这些方面我们在平时的检验工作中应该注意，了解液氨的成分、工作压力、使用温度、还有容器的应力状况，这些都是在检验工作中要考虑的事情。

3.2氯离子所引起的应力腐蚀

3.2.1综述

氯离子容易吸附在奥氏体不锈钢表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏。破坏部位的新鲜金属遭腐蚀形成一个小坑，小坑表面的钝化膜继续造到破坏。在坑里氯化物水解，PH值下降，局部溶液呈酸性，对金属进行腐蚀，这时铁变成了铁离子，铁离子过多，为达到电中性，使氯离子不断向腐蚀坑内移动，坑内氯离子越来越多，氯化物水解加剧，加快金属的腐蚀，直到金属穿裂为止。这种应力腐蚀最主要的形态就是直接发生开裂，无明显的减薄现象。我们在检验中最常见的敏感金属就是奥氏体不锈钢、304、316等金属材质。影响这种腐蚀的最主要因素就是容器的工作温度、氯离子的浓度、压力容器容器的应力状况。

3.2.2检验中需要注意的事项

根据统计，应力腐蚀破多数发生在焊缝附近，这说明焊接残余应力是导致应力腐蚀的主要原因，在检验中应该抓住这些重要部位。我们在对不锈钢进行检验时，一定清楚工作介质中氯离子的含量，检查氯离子的含量就是为了防止应力腐蚀的产生。值得注意的是，压力容器有时在正常工作条件下没有应力腐蚀，但是在停车期间或者操作不良时却能导致应力腐蚀破坏，这往往是由于压力容器内还残留着氯化物或者其他盐类，有时候含有氯离子的水溶液附着在压力容器内表面，这些都是导致压力容器容器在停车期间造成应力腐蚀破坏的主要原因，这就要求我们在压力容器一旦停车后，务必把容器内的介质清理干净。

作者：梁俊杰 单位：江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院