硝酸罐泄漏原因分析

吴月龙　王庆勇

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)



硝酸罐泄漏原因分析

吴月龙王庆勇

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)

某化工厂使用304酸洗板焊接加工硝酸罐。硝酸罐使用不足一月后，罐体焊缝附近出现孔洞，以致发生硝酸泄漏事故。为查明事故原因，对硝酸罐取样进行检测分析。

1试验方法

(1) 宏观检测，对所送检的缺陷样品进行图像采集，宏观分析。

(2) 化学成分检测，在送检试样上截取化学成分试样，用SPECRTOLAB M10型光电直读光谱仪对试样化学成分进行分析。

(3)金相分析，对送检试样截取金相试样磨制、抛光，在GX51金相显微镜上进行金相检测。

2试验结果

2.1　宏观检测结果

试样取自硝酸罐罐体焊缝附近孔洞缺陷处，宏观检测结果见图1。该试样共存在两处明显孔洞缺陷，孔洞位于焊接接头热影响区范围内，其中孔洞1贯穿整个酸洗板厚度，孔洞2未穿透酸洗板。孔洞处有大量灰色颗粒状物质排列其中，颗粒物排列致密度远低于孔洞周围基体致密度。

图1　试样宏观检测结果Figure 1　Macro detection result of specimen

2.2　化学成分检测结果

对试样进行化学成分检测，结果见表1, 各元素含量均符合国标要求。

2.3　金相检测结果

在孔洞2处沿垂直于焊缝方向截取试样，磨制、抛光后经苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀后，对焊缝位置进行金相分析，结果见图2。焊缝组织为奥氏体+铁素体。

图2　焊缝处金相组织Figure 2　Metallographic structure of weld

试样磨制、抛光后对热影响区孔洞处进行金相检测，结果见图3。孔洞处存在大量裂纹，见图3(a)。经苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀后发现裂纹>为沿晶裂纹，基体处组织为奥氏体组织，晶粒度为4.5级，见图3(b)。将热影响区内孔洞附近组织放大后发现晶界处存在大量的碳化物，见图3(c)、3(d)。

表1　 试样化学成分检测结果(质量分数，%)Table 1　Test result of specimen chemical composition (mass fraction, %)

(a)孔洞2处未腐蚀

(b)孔洞2处腐蚀后

(c)孔洞2末端腐蚀后放大

(d)孔洞附近放大图3　孔洞2处金相检测结果Figure 3　Metallographic test result of the hole 2

3原因讨论与控制措施

3.1　原因讨论

试样化学成分检测结果显示，各元素含量均符合国标要求，硝酸罐孔洞缺陷与化学成分无关。

孔洞位于焊缝附近，焊缝组织正常。位于热影响区的孔洞处的断裂形态为沿晶断裂，晶界处发现大量碳化物析出，说明材料处于敏化状态。304酸洗板被敏化的原因是由于试样的C元素处于饱和状态，在450～850℃敏化温度区间长时间停留使过饱和的碳向晶界扩散并析出，与附近的Cr元素形成Cr23C6化合物，从而使基体附近形成贫Cr区，使材料处于敏化状态。由于材料处于敏化状态，在腐蚀介质硝酸的作用下，晶界附近连成网状的贫Cr区被率先溶解而腐蚀，从而形成孔洞。

所以，硝酸罐孔洞缺陷形成的原因是由于制作过程中焊接热量过大、冷却速度过缓使材料在敏化区间停留时间过长造成材料敏化、耐腐蚀性能降低所致。

3.2　控制措施

根据硝酸罐孔洞形成原因，可从以下两个方面进行控制：

(1)优化焊接工艺。通过减小焊接电流和提高冷却速度的方法可减低304材料在敏化区间停留时间，从而有效降低此类事故的发生概率。

(2)合理选材。硝酸为强腐蚀溶液，盛装硝酸的容器应使用硝酸级不锈钢，如304L。304为普通不锈钢，不适合制作硝酸罐。

4结论

硝酸罐发生泄漏事故的主要原因是由于硝酸罐制作过程中焊接热量过大、冷却速度过缓，使材料在敏化区间停留时间过长造成材料敏化、耐腐蚀性能降低所致。

控制此类事故发生的主要措施是：根据材料特性选择合适的焊接工艺；根据用途选择合适的材料制作容器。

编辑傅冬梅

摘要：针对硝酸罐泄漏事故，选取试样进行宏观检测、化学成分分析及金相分析。分析结果确认焊接工艺不当使材料敏化和选材不当是造成事故发生的主要原因。提出了控制焊接热量、改变选材等措施。

关键词：304酸洗板；硝酸；敏化

Leakage Cause Analysis of Nitric Acid Tank

Wu Yuelong, Wang Qingyong

Abstract：Regarding to nitric acid tank leakage accident, a series of detection and analysis have been carried out, such as macro detection, chemical composition analysis and metallographic analysis. The result confirmed that sensitization of material resulted from improper welding technique and unsuitable material selection were main cause of the accident, further measures of welding thermal control and material selection change have been put forward.

Key words：304 pickling plate; nitric acid; sensitization

收稿日期：2014—05—05

中图分类号：TG115

文献标志码：B