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[原创] 小熊开讲——容器常见的失效模式(2)氯离子应力腐蚀开裂

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本帖最后由 realben 于 2009-10-25 11:43 编辑

小熊第二讲:讲一个不锈钢最常见的实效形式Cl-SCC

氯化物应力腐蚀开裂(Cl-SCC)
1 损伤说明
由处于拉伸应力、温度和含水氯化物环境的共同作用下的300系列不锈钢和一些镍基合金导致的表面萌生裂纹。溶解氧的存在增加开裂的倾向。
2 受影响材料
a) 所有300系列不锈钢非常敏感。
b) 双相不锈钢更抗氯化物应力腐蚀开裂。
c) 镍基合金具有高的抗氯化物应力腐蚀开裂能力。
3 关键因素
a) 氯化物含量、pH、温度、应力、氧气的存在和合金组成为关键因素。
b) 温度升高增加开裂敏感性。
c) 氯化物含量增加增大开裂的可能性。
d) 不存在氯化物实际低限,因为始终存在氯化物聚集的潜在性。
e) 传热条件显著增加开裂敏感性,因为它们允许氯化物聚集。更换暴露于湿-干条件或蒸汽和水也导致开裂。
f) 应力腐蚀开裂通常发生在高于2的pH值下。在较低pH值下,均匀腐蚀通常占支配地位。应力腐蚀开裂向碱性pH值区的倾向减小。
g) 开裂通常发生在大约140℉(60℃)以上的金属温度下,虽然在较低温度下存在例外情况。
h) 应力可能是外加应力或残余应力。 高应力或冷加工部件,如膨胀波纹管,对开裂非常敏感。
i) 溶解在水中的氧通常加速应力腐蚀开裂,但还不清楚是否存在一个氯化物应力腐蚀开裂在其下不可能发生的氧浓度极限。
j) 合金的镍含量对抗氯化物应力腐蚀开裂能力有较大影响。最大敏感性是在8%~12%镍含量时。镍含量高于35%的合金具有高的抗氯化物应力腐蚀开裂能力,而镍含量高于45%的合金几乎不受影响。
k) 低镍不锈钢,如双相(铁素体-奥氏体)不锈钢与300系列不锈钢相比具有更高的抗性,但仍受到影响。
l) 碳钢、低合金钢和400系列不锈钢对氯化物应力腐蚀开裂不敏感。
4 受影响装置或设备
a) 任何工艺装置中所有的300系列不锈钢管道和压力容器部件都对氯化物应力腐蚀开裂敏感。
b) 开裂已经发生在水冷冷凝器和原油塔塔顶冷凝器的工艺侧。
c) 加氢装置中的排放管如果未正确吹扫清洗,则在启动/停机期间对开裂敏感。
d) 波纹管和仪表管件,特别是与那些被氯化物污染的氢再循环流有关的管件可能受到影响。
e) 外部氯化物应力腐蚀开裂也已经成为保温层变潮时隔热表面的一个问题。
f) 开裂已经发生在锅炉排水管路中。
5.损伤外观或形貌
a) 表面破裂裂纹可能从工艺侧或保温层下外部发生(图4-77)。
b) 材料通常不显示明显的腐蚀迹象。
c) 特征性应力腐蚀裂纹有许多分叉,并且可通过表面的发丝状开裂外观(图4-78、图4-79和图4-80)用
肉眼觉察到。
d) 开裂的试样的金相照片典型地示出了分叉的穿晶裂纹(图4-81和图4-82)。有时也可看到敏化300系
列不锈钢的晶间裂纹。
e) 300系列不锈钢焊缝通常含有一些铁素体,产生通常更抗氯化物应力腐蚀开裂的一种双相组织。
f) 断口表面经常有一个脆性外观。
6 预防与减缓
a) 使用抗氯化物应力腐蚀开裂的建造材料。
b) 水压试验时,使用低氯化物含量的水,并彻底地和快速地风干。
c) 正确涂刷保温层下涂层。
d) 避免允许有氯化物可能聚集或沉积的停滞区的设计。
e) 300系列不锈钢建造后高温消除应力可减少残余应力。
然而,应考虑可能发生的敏化的可能的影响、对连多硫酸应力腐蚀开裂的敏感性的增加、可能的变形问题以及潜在的再热裂纹。
7 检验和监控
a) 开裂是表面连接,并可在有些情况下用肉眼察觉到。
b) 液体渗透检查或相分析涡流法为首选方法。
c) 涡流检验法也已经用在冷凝管和管道以及压力容器中。
d) 极细的裂纹可能难以通过PT发现。在某些情况下,特别是高压使用环境下,可能需要特殊的表面
制备方法,包括抛光或高压水爆破。
e) UT。
f) RT常常并不足够灵敏到可以检测出裂纹,除非在已经形成一个显著的裂纹网络的后期阶段。
8 相关机理
碱应力腐蚀开裂和连多硫酸应力腐蚀开裂

 

发表于 2009-10-25 11:41:55

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sddygrdjyVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山东省
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郑重的警告你,讲得不错,继续努力。

 

发表于 2009-10-25 20:44:26

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Peterpaul彼得保罗
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bluefridayVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP保加利亚
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光是氯吗?我记得好像是卤素都会的吧。

 

发表于 2009-10-25 22:08:21

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lyhgchemVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP河南省
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具体到常减压装置上,这种腐蚀在高温区吗?

 

发表于 2009-10-25 22:18:33

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bluefridayVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP保加利亚
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抱歉,可能是我记错了。

 

发表于 2009-10-25 22:53:26

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大馒头VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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熊哥,“开裂通常发生在大约140℉(60℃)以上的金属温度下,虽然在较低温度下存在例外情况。”这句话出处在哪里?为什么温度有影响呢?

 

发表于 2010-7-27 17:08:15

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realben楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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回复 6# 大馒头


    根据API571和API581,认为Cl离子的应力腐蚀开裂跟温度关系密切,听几个搞风险评估、失效分析的专家的讲课普遍也是这个观点,认为Cl离子应力腐蚀开裂在60℃以上更容易发生。且开裂敏感性随温度升高而提升。下图是API581里面关于Cl开裂敏感性的判断表,不能说完全准确,但至少有借鉴意义。

 

发表于 2010-7-27 18:36:52

Cl.jpg

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realben楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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回复 5# bluefriday


    确实是卤素离子都会有,当时我还不知道,现在了解了至少Br、I离子也会产生奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂和点蚀。但是相关的腐蚀验证试验文献很少,至有一些资料有文字性的表述。

 

发表于 2010-7-27 18:39:38

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liuliu8622VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IPInvalidIPAddress
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小熊,下一讲讲讲敏华和连多硫酸应力腐蚀开裂吧,正好联系起来考虑一下。

 

发表于 2010-7-28 10:11:55

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realben楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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回复 9# liuliu8622

谈谈自己的一些理解吧:
晶间敏化一般是指含奥氏体的不锈钢(300级不锈钢,双相钢也略有,马氏体铁素体钢不明显),在热处理、焊接等热过程中,由于在450-800度的敏化区间停留过久,而造成的晶间贫Cr。因为Cr是较强的碳化物形成元素,Cr被C结合生成Gr23C6的化合物在晶界析出,由于不锈钢中Cr是主要的耐蚀元素,敏化后Cr都以化合态被析出了,那晶届间就失去了耐蚀性,所以在一定的腐蚀环境下(主要是电解质形态的电化学腐蚀环境,引起晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质,如工业醋酸、甲酸、硝酸、盐酸、硫酸)产生晶间腐蚀,腐蚀形态主要是沿晶界开裂,晶界间的结合力丧失,材料失去原有的强度、韧性,敏化后不锈钢摔在地上都会掉出粉末,就是脱落的晶粒。
主要的防护办法:
1、加入比Gr更强的碳化物形成元素,Ti、Nb,使其更好的固定C,防止Gr-C化合物析出。
2、使用超低碳不锈钢
3、焊后急冷,避免敏化温度区间的停留,或稳定化不锈钢作稳定化热处理,900度左右,更好的固定C元素。


连多硫酸(PTA)是由于炼化企业由于油品中含S化物,并且高温硫腐蚀的腐蚀产物也是FeS,在停车检修期间,容器中残留的S的化合物遇到氧气和水汽会形成PTA:
3 FeS + 5O2 → Fe2O3. FeO .+ 3SO2
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 + 1/2O2→ H2SO4
FeS + H2SO3 → mH2SxO6 + nFe2+
FeS+ H2SO4→FeSO4+H2S
H2SxO6 + FeS→ FeSxO6 + H2S
PTA对于奥氏体不锈钢具有应力腐蚀开裂的倾向,最常用的预防方法是用1.5%-2%浓度的碳酸钠溶液进行中和清洗或用惰性气(如氮气)封闭,以隔绝空气进入到设备中去或向系统中供给一定的热量(加热)避免水汽。碱洗后还要用软化水或冷凝水将氢氧化钠全部去除,不然又会残留碱液在结构死角浓缩产生碱应力腐蚀开裂。

 

发表于 2010-7-28 14:58:32

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liuliu8622VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IPInvalidIPAddress
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卤族离子产生氯化物腐蚀开裂,表面树根状或发丝状裂纹,高镍基合金中常见。
敏化就是焊接450度到800度冷却时产生Cr/C化物,使Cr析出,影响材料耐蚀性,酸性条件下沿晶界开裂。
连多硫酸(PTA)是Fe/S化物与氧气和水汽形成,对奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂倾向。
请问敏化和PTA腐蚀的外观是否有像卤离子腐蚀开裂一样的可观察特征?还是要等开裂了才能发现。

 

发表于 2010-7-29 15:55:40

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realben楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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纠正你一下:镍基合金具有高的抗氯化物应力腐蚀开裂能力。
自我纠正:合金600/600H和合金800/800H也会有PTA开裂的可能。
单纯的晶间腐蚀是外观看不出的,只是材料裂化,但是PTA开裂也属于晶间开裂,是能看出的,做PT很明显,我理解PTA开裂和晶间腐蚀是有关系的,敏化态的不锈钢更容易发生PTA开裂,下图就是2个PTA开裂的宏观、微观图。

 

发表于 2010-7-29 17:40:38

PTA开裂1.jpg
PTA 2.jpg
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yaoyongyoyoVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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以前也有这方面的帖子,但是没有这个精专、系统。

大熊,支持你!!!

 

发表于 2010-7-30 08:35:44

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昔日歌者VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP内蒙古自治区
头衔:  TA暂未设置 
API571里的东西吧 楼主转过来的 有没有壳牌的内部标准 定义应力腐蚀的量化的 这个比较实用 很多定义性的东西还是不能指导实践的

 

发表于 2010-12-19 19:21:01

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HB6542357VIP会员 永久VIP | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
头衔:  TA暂未设置   【终身海友号:AH8101956】 
楼主真专业!  楼主所知道的 失效模式总共有多少种啊?    查阅的大部分资料讲的都是失效形式。

 

发表于 2010-12-19 20:51:59

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lg25892008VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP安徽省
头衔:  TA暂未设置 
我不常来,好好向你学习!

 

发表于 2010-12-21 16:19:08

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