碳鋼與低合金鋼的開裂詳解

碳鋼與低合金鋼的開裂分類：1、鋼在堿溶液中的腐蝕破裂

2、胺腐蝕開裂破壞3、硝酸鹽腐蝕破裂4、氨液引起碳鋼的應(yīng)力腐蝕破裂5、H2S

應(yīng)力腐蝕破裂6、鹽溶液對鋼的腐蝕7、碳酸鹽腐蝕破裂一、鋼在堿溶液中的腐蝕破裂鋼在堿溶液中產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕破裂，簡稱堿脆。在熱濃堿溶液中鋼鐵表面的保護(hù)膜會破壞，腐蝕速率變得較高。堿液通氧，存在CO2或氯化物以及提高溫度，都會加速碳鋼的腐蝕。氨水中OH—濃度雖比苛性堿溶液要弱得多，各種鋼材可廣泛用于貯存和處理無水氨或氨水溶液。水處理過程中加入鈉鹽，使水含有NaOH。在縫隙和脹管端頭部位，由于水的蒸發(fā)造成堿的濃縮，使堿液濃度達(dá)到相當(dāng)高。加上應(yīng)力集中，使此處的金屬受到很高的局部應(yīng)力。堿液的溫度高也促使鋼應(yīng)力腐蝕破裂。堿脆不僅與堿的濃度有關(guān)，還與堿溶液的溫度有關(guān)。堿脆開裂主要是晶間型，也有混合型。腐蝕電位處于活化-鈍化過渡電位區(qū)，在此電位區(qū)內(nèi)能造成晶界活化而晶粒本體繼續(xù)鈍化的條件，因而產(chǎn)生晶間腐蝕破裂。碳鋼在堿中的腐蝕：在NaOH溶液中，碳鋼相當(dāng)穩(wěn)定，因?yàn)樵诮饘俦砻娈a(chǎn)生了不溶性的氫氧化鐵保護(hù)膜。大約在46%以上的濃堿液中，鐵則以鐵酸鹽的形式溶解，從而失去穩(wěn)定性。溫度升高，膜更易溶解，腐蝕速度增大。在熱堿溶液中，碳鋼會遭到腐蝕破裂，即所謂“堿脆”。堿脆的最低溫度為50~60℃，最低濃度為5%，以30%NaOH濃度附近最為危險，以沸點(diǎn)附近的高溫最易產(chǎn)生堿脆。油品堿洗需用燒堿，而在NaOH溶液中所發(fā)生的碳鋼設(shè)備應(yīng)力腐蝕開裂通常稱之為“堿脆”。影響碳鋼NaOH溶液中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的因素為濃度、溫度和殘余應(yīng)力。故規(guī)定碳鋼設(shè)備儲存各種濃度的NaOH，當(dāng)溫度高于下表之值時，焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。濃度%51015203040506070溫度℃857670655448434038所有碳鋼胺液管線操作溫度≥90℃時，需進(jìn)行焊后熱處理，要求焊縫及熱影響區(qū)硬度HB≤200。貧胺液管線焊縫經(jīng)消除應(yīng)力熱處理后，抗氫脆及應(yīng)力腐蝕性能能明顯提高。防止鋼產(chǎn)生堿脆的方法低碳鋼中加入鋁、鈦（0.2～0.7％）、鈮、釩、鉻、稀土金屬（0.2％以下）可以減弱甚至消除鋼對堿脆的敏感性。低碳鋼在500℃以上進(jìn)行保溫?zé)崽幚恚梢燥@著降低鋼在沸騰的34％NaOH溶液中的堿脆敏感性。降低操作溫度,

消除造成堿液濃縮的區(qū)域,減小金屬所受的應(yīng)力：采用合理的水處理技術(shù)和采用合適的緩蝕劑等。二、胺腐蝕開裂破壞胺腐蝕開裂一般在使用烷醇胺水溶液從各種氣體中或碳?xì)浠衔镆簯B(tài)流體中去除諸如H2S或CO2等酸性氣體的胺處理裝置中觀察到。裂紋主要發(fā)生在晶間，表現(xiàn)為網(wǎng)狀細(xì)小的充滿腐蝕物的裂紋。胺腐蝕開裂最常見于乙醇胺（MEA）和二異丙醇胺(DIPA)裝置中，其次出現(xiàn)在二乙醇胺（DEA）裝置中。在MEA溶液中，在開裂敏感性在15-35%濃度范圍內(nèi)較高。開裂一般發(fā)生在強(qiáng)堿且含有很低濃度的酸性氣體的貧液中,而不大可能在含有高濃度的酸性氣體的富液中出現(xiàn)開裂。在高溫下，開裂敏感性一般較高，在低溫下,發(fā)生在正常運(yùn)行但有伴熱或吹汽的設(shè)備和管道中。三、硝酸鹽腐蝕破裂在氮肥及硝酸鹽的工廠低碳鋼在濃硝酸鹽中的開裂或斷裂的現(xiàn)象，叫作“硝酸鹽脆化”，可簡稱為“硝脆”。硝酸鹽是一種氧化劑，發(fā)生如下的總反應(yīng)：10Fe+6NO3+3H2O—5Fe2O3+6OH+3N2硝脆趨勢隨著下列順序而增加:NaNO3、KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2及NH4NO3,

這些硝鹽水解時pH下降而使硝脆趨勢增加。四、碳鋼在氨液中的應(yīng)力腐蝕破裂碳鋼常用來制造液氨儲罐、氨水的儲槽和運(yùn)輸容器等。氨中的不純物對鋼的破裂有重大影響:

氨中溶解的空氣(氧)

促進(jìn)破裂,

水則是一種緩蝕劑。對儲氨容器,

在制造后進(jìn)行消除應(yīng)力處理,

可以把鋼的應(yīng)力腐蝕破裂危險性減到最小程度。

五、H2S

應(yīng)力腐蝕破裂油氣中含有H2S

對鋼產(chǎn)生腐蝕常常導(dǎo)致斷裂事故。稱為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。破裂最敏感溫度為20～50℃。鋼材焊接后的顯微組織對硫化物應(yīng)力腐蝕開裂影響很大。馬氏體組織最為敏感。為消除馬氏體組織的不利影響,焊后熱處理非常重要,除高溫回火處理外,還可采用長時間的低溫回火,或進(jìn)行二次回火。也可降低其含碳量。濕硫化氫環(huán)境引起的開裂的復(fù)雜性：濕硫化氫環(huán)境引起的開裂四種形式各有特征，但在實(shí)際的濕硫化氫環(huán)境條件下，往往是多種形式共存。在實(shí)際的失效分析工作中，上述開裂的四種形式中，更加帶有危險性的開裂形式是SSCC和SOHIC。因?yàn)樗鼈兪茄刂袎喝萜骱凸艿赖谋诤穹较驍U(kuò)展的，直接減少著承壓容器和管道的承載能力。六、鹽溶液對鋼的腐蝕鹽的電離增大了水的導(dǎo)電性，促進(jìn)孔蝕。銨鹽和三價元素鹽（如Cr3+、Fe3+）促進(jìn)腐蝕作用最大。NH4Cl

、NaCl、Na2SO4、KNO3

溶液與鐵生成可溶性化合物使腐蝕加速；AlCl3、MgCl2能水解生成游離酸,腐蝕鋼鐵。當(dāng)鹽的正離子的正電性比鐵強(qiáng)時，例如Cu2+等可與鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使鋼鐵受到腐蝕。氧化性鹽類KSCrO4

，KMnO4使鋼鐵鈍化：

七、碳酸鹽腐蝕破裂在煤的裂解過程中，出現(xiàn)含有微量或少量H2S及CN—的碳酸鹽的應(yīng)力腐蝕。這種碳酸鹽引起的應(yīng)力腐蝕與堿脆和硝脆一樣，都是陽極溶解型。(NH4)2CO3的水溶液