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針對石油化工設(shè)備運行的特點，介紹了304厚壁不銹鋼管應(yīng)力腐蝕的常見工況，著重分析了應(yīng)力腐蝕的條件、腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施，為304厚壁不銹鋼管的選材和使用提供參考。

在石油化工設(shè)備中，304厚壁不銹鋼管因其良好的熱塑性和耐蝕性而得到廣泛應(yīng)用，但在某些介質(zhì)條件下可能腐蝕破壞，常見的有孔蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕開裂是一種在沒有預(yù)兆的情況下發(fā)生的腐蝕破壞形式，且破壞速度快、破壞較為嚴(yán)重。由于脆性斷裂的不可預(yù)見性，對化工設(shè)備的安全長周期運行構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此，研究304厚壁不銹鋼管應(yīng)力腐蝕的成因，及對其采取有效的防護(hù)措施十分必要。

1應(yīng)力腐蝕的特征與機(jī)理

304厚壁不銹鋼管是在特定腐蝕因素和拉應(yīng)力共同作用下出現(xiàn)的腐蝕開裂，且開裂時的應(yīng)力低于材料自身的強(qiáng)度極限，斷口的宏觀形貌表現(xiàn)為脆性斷裂。一般認(rèn)為在拉應(yīng)力作用下附著在金屬材料表面的鈍化膜破裂，形成蝕孔和裂紋源，將金屬材料暴露在腐蝕環(huán)境中，在拉應(yīng)力的反復(fù)作用下，新生成的鈍化膜繼續(xù)破裂，裂紋沿著拉應(yīng)力的方向持續(xù)擴(kuò)展，并且在裂紋尖端的閉塞區(qū)產(chǎn)生了氫，氫擴(kuò)散到金屬內(nèi)部造成催化，在拉應(yīng)力作用下出現(xiàn)脆性斷裂。脆性裂紋不斷地沿著縱深擴(kuò)散，直至金屬材料斷裂破壞。

2應(yīng)力腐蝕的影響因素

2.1腐蝕介質(zhì)

對304厚壁不銹鋼管造成應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)較多，石油化工中較為常見的有以下幾種：氯離子、堿液、連多硫酸、硫化氫水溶液、硫酸根、硝酸根、氟離子水溶液等。氯離子造成的304厚壁不銹鋼管應(yīng)力腐蝕的事故較多，氯離子應(yīng)力腐蝕必須滿足介質(zhì)為中性環(huán)境且含有氧化劑或者溶解氧，應(yīng)力腐蝕的速率隨著氯離子濃度的增加而加快，當(dāng)腐蝕介質(zhì)處于50～200℃發(fā)生應(yīng)力腐蝕的傾向最大。堿液應(yīng)力腐蝕同樣需要在有氧條件下發(fā)生，堿液溫度達(dá)到其沸點時將造成金屬材料應(yīng)力腐蝕開裂，應(yīng)力腐蝕速率隨著堿液濃度降低而減慢，當(dāng)堿液濃度低于50％時，應(yīng)力腐蝕幾乎不再發(fā)生。連多硫酸多是在設(shè)備停工檢修過程中潮濕環(huán)境下，金屬表面上的硫化鐵與空氣中的氧和水發(fā)生而生成。當(dāng)304厚壁不銹鋼管處于敏化狀態(tài)下且存在拉應(yīng)力時，金屬材料接觸連多硫酸后可能造成應(yīng)力腐蝕。連多硫酸應(yīng)力腐蝕還與pH值有關(guān)，當(dāng)pH大于5時發(fā)生應(yīng)力腐蝕的概率較小，應(yīng)力腐蝕隨著pH值的降低而加速。

2.2應(yīng)力

引起304厚壁不銹鋼管應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力主要來源于工作載荷、設(shè)備加工過程中的殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力和裝配應(yīng)力。其中，殘余應(yīng)力造成的破壞在應(yīng)力腐蝕中占比最大，約占80％。而殘余應(yīng)力在設(shè)備的加工、安裝過程中又是難以避免的，最為常見的有焊接殘余應(yīng)力、冷加工彎曲引起的殘余應(yīng)力、膨管引起的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力越大越易造成應(yīng)力腐蝕開裂。

3防護(hù)措施

304厚壁不銹鋼管應(yīng)力腐蝕的三個必要因素為腐蝕介質(zhì)、拉應(yīng)力和金屬材料，現(xiàn)由上述三個方面入手分析其防護(hù)措施。

3.1改進(jìn)加工工藝

以固溶態(tài)交貨的304厚壁不銹鋼管還應(yīng)再做固溶穩(wěn)定化處理，來消除加工過程中形成的殘余應(yīng)力。坡口不允許熱切割，應(yīng)采用機(jī)械加工。選用合適的焊接工藝以保證熱影響區(qū)受熱均勻，必要時還應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，減小焊接殘余應(yīng)力。保證金屬表面光滑程度，避免切削痕跡。設(shè)計中要盡量避免缺口、尖角、小半徑彎管等結(jié)構(gòu)，最大限度的避免集中應(yīng)力。

3.2改善介質(zhì)環(huán)境

嚴(yán)格控制氯離子和氧的濃度，可采用蒸餾或者離子交換方式降低介質(zhì)中的氯化物濃度，通過添加化學(xué)試劑或者機(jī)械鼓泡方式除氧，還應(yīng)注意定期對304厚壁不銹鋼管設(shè)備進(jìn)行清洗和除垢，以防止氯離子濃縮和吸附。停工檢修時應(yīng)及時采用充氮氣的方法來隔絕空氣和水與金屬材料的接觸，避免連多硫酸的產(chǎn)生。打開設(shè)備前應(yīng)在設(shè)備表面進(jìn)行充分的堿洗，去除可能已經(jīng)生成的連多硫酸。

3.3金屬材料

對于氯離子造成的應(yīng)力腐蝕，可通過添加鉬、鎳等合金來提高材料的抗開裂性能，也可以通過噴丸處理人為的制造壓應(yīng)力，防止不銹鋼敏化。對于連對硫酸造成的應(yīng)力腐蝕，可選擇對連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂不敏感的材料，如低碳不銹鋼或雙相鋼等。操作溫度低于400℃時，可選用低碳不銹鋼。對于堿液造成的應(yīng)力腐蝕，可通過退火熱處理來消除應(yīng)力。

4結(jié)語

應(yīng)力腐蝕對化工設(shè)備的長周期安全運行構(gòu)成極大威脅，深入研究應(yīng)力腐蝕的成因、腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施可有效控制應(yīng)力腐蝕破壞，從而保障設(shè)備安全運行。