張慧娟

摘要：壓力管道開裂腐蝕是壓力管道的主要損傷模式，處在開裂腐蝕環(huán)境中壓力管道危險(xiǎn)性很大，本文對(duì)壓力管道開裂腐蝕機(jī)理進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了壓力管道檢驗(yàn)和安全使用的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：壓力管道 開裂腐蝕 敏感性材質(zhì) 腐蝕性介質(zhì) 拉應(yīng)力

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石化企業(yè)數(shù)量眾多，成為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，壓力管道是石化企業(yè)重要設(shè)備，數(shù)量大，類別多，在使用中事故頻發(fā)，其安全狀況直接關(guān)系到安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，已成為影響人民生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重隱患。

壓力管道腐蝕是引起壓力管道事故的主要原因，在壓力管道腐蝕中，開裂腐蝕隱患大，后果嚴(yán)重，在正常檢測中不易發(fā)現(xiàn)，隱蔽性強(qiáng)。開裂腐蝕主要包括：氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂、硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂、堿應(yīng)力腐蝕開裂、氨應(yīng)力腐蝕開裂、濕硫化氫破壞、氫脆。

開裂腐蝕是敏感性材質(zhì)在拉應(yīng)力和相應(yīng)腐蝕性介質(zhì)作用下產(chǎn)生的使材質(zhì)開裂的一種腐蝕。開裂腐蝕的發(fā)生必須同時(shí)具備三個(gè)條件：敏感性材質(zhì)、相應(yīng)介質(zhì)、拉應(yīng)力。一旦條件具備，開裂腐蝕就發(fā)生，速度快，不易控制，不易察覺。有效控制開裂腐蝕發(fā)生條件，是保證壓力管道安全的重要基礎(chǔ)。

奧氏體不銹鋼及鎳基合金鋼、碳鋼、低合金鋼、高強(qiáng)度鋼在壓力管道中使用普遍，對(duì)相應(yīng)介質(zhì)來說都是開裂腐蝕的敏感性材質(zhì)；氯化物、碳酸鹽、硝酸鹽、堿、氨、濕硫化氫、氫是相應(yīng)的腐蝕性介質(zhì)；壓力管道承受的內(nèi)壓力較高，特別是壓力管道現(xiàn)場焊接時(shí)，絕大多數(shù)未進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，在焊接部位存在更高的拉應(yīng)力集中。這就造成許多使用的壓力管道處在開裂腐蝕環(huán)境中。具體腐蝕機(jī)理如下：

1 氯化物應(yīng)力腐蝕開裂

奧氏體不銹鋼及鎳基合金在拉應(yīng)力和氯化物溶液的作用下，氯離子易吸附在金屬表面的鈍化膜上，取代氧原子后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合形成可溶性氯化物，導(dǎo)致鈍化膜破壞。破壞部位的新鮮金屬遭腐蝕形成一個(gè)小坑，小坑表面的鈍化膜繼續(xù)遭氯離子破壞生成氯化物。在坑里氯化物水解，使小坑內(nèi)PH值下降，局部溶液呈酸性，對(duì)金屬進(jìn)行腐蝕，造成多余的金屬離子，為平衡蝕坑內(nèi)的電中性，外部的氯離子不斷向坑內(nèi)遷移，使坑內(nèi)氯離子濃度升高，水解加劇，加快金屬的腐蝕。如此循環(huán)，形成自催化，向蝕坑的深度方向發(fā)展，形成深孔，直至形成穿孔泄漏。

2 碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂

在碳酸鹽溶液和拉應(yīng)力共同作用下，碳鋼和低合金鋼焊接接頭附近發(fā)生的表面開裂，是堿應(yīng)力腐蝕開裂的另一種特殊情況。碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂常見于焊接接頭附近的母材，裂紋平行于焊縫擴(kuò)展，有時(shí)也發(fā)生在焊縫金屬和熱影響區(qū)；易在焊接接頭的缺陷位置形成開裂，裂紋細(xì)小并呈蜘蛛網(wǎng)狀：裂紋主要為沿晶型，裂紋間隙內(nèi)多充滿腐蝕產(chǎn)物。

3 硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂

碳鋼和低合金鋼在含有硝酸鹽、硫化氫及NOx的物料系統(tǒng)中，焊接接頭區(qū)域存在拉伸應(yīng)力作用的部位發(fā)生開裂的過程。硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂常出現(xiàn)在焊接接頭的焊縫金屬和熱影響區(qū)；熱影響區(qū)的裂紋多為縱向，焊縫金屬上的裂紋則以橫向?yàn)橹?；裂紋主要為沿晶型，裂紋內(nèi)一般會(huì)充滿氧化物。

4 堿應(yīng)力腐蝕開裂

暴露于堿溶液中的設(shè)備和管道表面發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂，多數(shù)情況下出現(xiàn)在未經(jīng)消除應(yīng)力熱處理的焊縫附近，它可在幾小時(shí)或幾天內(nèi)穿透整個(gè)設(shè)備或管線壁厚。堿應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在靠近焊縫的母材上，也可能發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)；堿應(yīng)力腐蝕開裂形成的裂紋一般呈蜘蛛網(wǎng)狀的小裂紋，開裂常常起始于引起應(yīng)力集中的焊接缺陷處；碳鋼和低合金鋼上的裂紋主要是沿晶型的，裂紋細(xì)小并組成網(wǎng)狀，內(nèi)部常充滿氧化物；奧氏體不銹鋼的開裂主要是穿晶型的，和氯化物開裂裂紋形貌相似，難以區(qū)分。

5 氨應(yīng)力腐蝕開裂

碳鋼和低合金鋼在無水液氨中，或銅合金在氨水溶液和/或銨鹽水溶液環(huán)境中發(fā)生的腐蝕開裂。銅合金產(chǎn)生氨應(yīng)力腐蝕開裂時(shí)多為表面開裂，穿晶或沿晶，裂紋中會(huì)有淺藍(lán)色的腐蝕產(chǎn)物。換熱器管束表面有單條或分叉的裂紋；碳鋼中會(huì)有淺藍(lán)色的腐蝕產(chǎn)物。換熱器管束表面有單條或分叉的裂紋；碳鋼暴露于液氨中的未經(jīng)熱處理的焊縫金屬和熱影響區(qū)可能發(fā)生開裂。

6 濕硫化氫破壞

在含水和硫化氫環(huán)境中碳鋼和低合金鋼所發(fā)生的損傷過程，包括氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂四種形式。

氫鼓泡：金屬表面硫化物腐蝕產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散進(jìn)入鋼中，并在鋼中的不連續(xù)處（如夾雜物、裂隙等）聚集并結(jié)合生成氫分子，造成氫分壓升高并引起局部受壓，發(fā)生變形而形成鼓泡。

氫致開裂：在材料內(nèi)部不同深度形成氫鼓泡時(shí)，當(dāng)相臨的鼓泡會(huì)連接在一起，形成的臺(tái)階狀開裂為氫致開裂。

應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂：在焊接殘余應(yīng)力或其他應(yīng)力作用下，氫致開裂沿厚度方向不斷連通并形成最終暴露于表面的開裂。

硫化物應(yīng)力腐蝕開裂；由于金屬表面硫化物腐蝕過程中產(chǎn)生的原子氫吸附造成的一種應(yīng)力開裂。

7 氫脆

腐蝕過程中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫或材料內(nèi)部的氫，以氫原子形式滲入高強(qiáng)度鋼，造成材料韌性降低，在材料內(nèi)部殘余應(yīng)力及外加載荷應(yīng)力共同作用下發(fā)生脆性斷裂。氫脆引起的開裂以表面開裂為主，也可能發(fā)生在表面下；氫脆發(fā)生在高殘余或三向應(yīng)力的部位（缺口、縮頸）；斷裂時(shí)一般不會(huì)發(fā)生顯著的塑性變形；強(qiáng)度較高的鋼氫脆開裂一般形成沿晶裂紋。

8 小結(jié)

設(shè)計(jì)中要根據(jù)介質(zhì)選擇材料，制造中要消除材料的殘余應(yīng)力，使用中要控制介質(zhì)中的有害成份。對(duì)處于開裂腐蝕環(huán)境中的壓力管道，要采用相應(yīng)的檢測手段，使用中要定期檢查，這樣就可有效控制壓力管道開裂腐蝕。

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