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奥氏体不锈钢压力管道应力腐蚀开裂机理
在化工领域,输送腐蚀性介质的压力管道常用的材料为奥氏体不锈钢,而应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢压力管道最主要的失效方式。
大量研究工作表明:当奥氏体不锈钢压力管道输送的介质为酸性气体或液体时,其应力腐蚀开裂机理以氢致应力腐蚀开裂为主;当输送腐蚀介质为中性或碱性的气体或液体时,其应力腐蚀开裂机理则主要遵循“滑移-溶解-断裂”模型。
1、氢致应力腐蚀开裂
在拉应力诱导扩散的作用下,氢元素向裂纹尖端区域聚集。同时,拉应力导致的位错运动也会携带氢运动,当位错受阻于其他缺陷或发生反应时,氢元素将在这些位置上富集。氢元素具有使钝化膜稳定性显著下降、加速阳极溶解等作用,在氢和拉应力的协同作用下,材料的应力腐蚀敏感性大大增加。由于氢和拉应力的相互作用最强,故在最大拉应力处聚集的氢最多,这促进应力腐蚀裂纹尖端加速向前扩展。氢致应力腐蚀开裂是氢脆和应力腐蚀协调作用的结果。
2、“滑移-溶解-断裂”模型
在介质氧化作用下,奥氏体不锈钢压力管道管壁覆盖着一层耐腐蚀的钝化膜,在拉应力作用下,位错沿着滑移面运动至管壁表面,从而产生滑移台阶,导致钝化膜局部断裂而出现裸露金属区域,这样有膜与无膜的区域就形成了微电池腐蚀。由于输送腐蚀介质的作用,裸露金属区域产生阳极溶解。钝化膜不仅给应力腐蚀过程提供阴极,还使阳极溶解集中在很小的裸露金属缝隙区域。因此,钝化膜破裂后,若裸露金属区域一直处于活化状态,则腐蚀必然会导致应力集中,即裂纹尖端的出现,而拉应力的作用则极大地加速了应力集中区域的溶解,促进应力腐蚀区快速纵向延伸,而横向(与拉应力平行)区域腐蚀则很慢甚至发生再钝化。随着管壁截面积的减小,当拉应力大于管壁剩余截面的抗拉强度时便会发生断裂。
“滑移-溶解-断裂”模型分为钝化膜的形成、在拉应力作用下金属产生滑移引起钝化膜的断裂、裸露金属区域的阳极溶解和开裂失效4个过程。
奥氏体不锈钢压力管道应力腐蚀开裂预防措施是:
首先优先考虑耐氯化物应力腐蚀的材料,焊条应遵循等强度或强度接近原则、同成分原则、抗裂原则。其次,采用合理的焊接顺序和参数,焊接时采用小线流量的焊接参数,焊后应进行消除应力。另外,在安装过程中应尽量避免产生应力集中部位,设计压力管道系统时应避免出现输送介质滞留位置。此外,应降低输送介质中腐蚀性离子(如Cl-)的含量、添加缓蚀剂等,以及采用外加电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护和排流保护等保护方法。作为值得信赖的合作伙伴和高品质金属合金的半成品供应商,艾荔艾拥有完善的服务体系和专业的团队。在同客户交易的过程中,我们力求根据不同的应用需求将我们的产品做到精益求精。针对当前和未来的市场需求,艾荔艾致力于为客户提供最佳的金属材料解决方案。
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