压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理及影响因素分析

王皎 高凯 王萌

摘  要：近年来，我国的工业行业获得了较大的发展空间，在工业生产环节，压力容器与压力管道是不可或缺的重要设备。在长期的使用过程中，应力腐蚀开裂在化工装置中的压力容器和压力管道运行中是一个普遍存在隐患及关注的问题，需要得到有效的分析、处理和控制。鉴于此，文章对于压力容器、压力管道中应力腐蚀的问题进行了分析，然后提出了具体的空持措施，以供参考。

关键词：压力容器;腐蚀开裂;防治措施

分类号：TH311

一、压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理

（1）应力腐蚀是产生的失效现象，是在拉应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。而应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。常见的应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏，破坏的表面和未被破坏的表面分别形成阳极和阴极。而在应力腐蚀过程中，经过实验表明，当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，但加上阴极电流时则能阻止应力腐蚀，一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。（2）为防止一些零件的应力腐蚀，首先应合理选择材料，避免使用对应力腐蚀敏感的材料，可以采用抗应力腐蚀的不锈钢材料。之后应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境。例如可在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。除此之外，采用阴极保护法、电化学保护也可减小或阻止应力腐蚀。（3）阳极溶解理论认为阳极溶解应力腐蚀的机理包括滑移溶解理论、钝化膜致脆理论、择优溶解理论、腐蚀促进局部塑形变形导致脆断等。滑移溶解理论认为，发生应力腐蚀开裂的合金表面有一层钝化膜，钝化膜存在局部薄弱点，在应力作用下合金基体内部位错会沿滑移面产生移动，形成滑移阶梯。当滑移阶梯的形成而发生相应变形时，钝化膜就会破裂并裸露出新鲜表面，并与腐蚀介质接触，发生快速阳极溶解。当溶解相当大的区域后，由于氧气的吸附，活性离子转换，又形成表面膜，使溶解区重新进入钝化状态，便形成“隧洞”。这时位错停止沿滑移面滑移并被锁住，造成位错重新塞积。在应力作用下，位错重新开始移动，表面钝化膜破裂形成无膜区后新露出的表面又快速溶解。经过滑移金属阳极溶解以及钝化过程的循环往复最后导致了应力腐蚀裂纹的形成和扩展。（4）氢致开裂理论：阳极为金属溶解，这一类应力腐蚀就称为氢致开裂型应力腐蚀。比如，高强钢在水溶液中的应力腐蚀就是一种氢致开致型应力腐蚀。这就是说，氢致开裂应力腐蚀是氢致滞后开裂的一种表现形式，所以这类应力腐蚀的机理就和氢致滞后开裂机理相同。

二、压力管道和压力容器应力腐蚀开裂产生的影响因素

（1）应力腐蚀破裂产生的影响因素，比如在一些特定的环境中，硫酸盐等腐蚀性溶液与作用于合金内部的拉应力相结合的时候，铸造镁合金，特别是含铝镁合金在低于其屈服强度的静载荷作用下，具有强烈的应力腐蚀敏感性;而应力腐蚀往往降低材料性能，制约镁合金的应用。合金成分、力学性能和环境因素对镁合金应力腐蚀开裂影响严重，抑制镁合金应力腐蚀开裂需要同时控制临界应力、敏感合金的载荷和应力腐蚀开裂环境三种因素。应力腐蚀破裂是指拉应力和一种特定腐蚀介质共同存在而引起的破裂。镁合金对应力腐蚀非常敏感，必须加以保护。

（2）在处理介质环境因素中，最终导致压力管道和压力容器产生应力腐蚀开裂的原因有很多，受到各种因素的影响。比如离子的种类，离子的浓度，pH等。这些因素通过影响材料的电化学行为等，而对裂纹的形成和拓展过程产生影响。而且在压力容器中介质因素方面：随着氯离子浓度的增加也会让奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的敏感性增加，但如果溶液中的氯化物浓度过高，那么也會让破裂的时间减少。所以介质因素也是导致压力管道和压力容器应力腐蚀开裂的原因。

三、压力容器与管道腐蚀问题的控制策略研究

为避免压力容器腐蚀问题发生，减少对工业生产的不利影响，首先，应通过对压力容器制造材料的合理选择和使用，减少压力容器腐蚀问题发生，提高其防腐蚀性能。根据压力容器的设计与制造有关技术要求和标准，在实际设计和生产制造中，应严格按照有关安全技术规定执行，对压力容器设计和制造使用的材料进行合理选择并严格控制，尽量避免和减少使用应力过于集中的材料作为压力容器设计和制造材料，并确保压力容器设计与制造使用材料的表面无缝隙及缺口情况，避免引起压力容器使用中的腐蚀问题发生;同时，注意根据所设计和制造压力容器的工作环境与用途等，以具有较高耐腐蚀性的合金材料作为首选材料，以减少压力容器使用中的腐蚀问题及影响发生;此外，在确保所选择和使用的材料具有较高的耐腐蚀性基础上，还需要材料的介质毒性以及易燃性等性能方面进行认真考虑和严格控制，以确保其材料性能符合压力容器设计需求，避免和控制压力容器使用的腐蚀问题发生。其次，在进行压力容器的设计与制造中，还可以通过对缓蚀剂的合理添加使用，促进其防腐蚀性能提升，减少压力容器腐蚀问题的发生。一般情况下，在压力容器设计与制造中，通过使用缓蚀剂，使压力容器有防腐要求的表面形成保护膜，以促进材料的防腐蚀性提升，确保其具有较好的保持材料厚度及强度性能，减少压力容器腐蚀问题对其正常使用以及对工业生产的不利影响。此外，对压力容器的腐蚀控制和预防，还可以通过改善压力容器的焊接质量以及采用电化学防腐措施、在压力容器中涂抹防腐涂剂等方法，有效预防和控制其腐蚀问题及影响产生。

结语

综上所述，压力容器广泛运用于现代化工业生产中，是一种非常重要的基础设备，但是在使用过程中易出现各种腐蚀情况，受环境及其相关条件的影响，不仅极大地降低了自身的安全性能，还缩短了设备的使用寿命。所以，设备使用部门需要强化对压力容器、管道腐蚀裂缝产生机理的研究，并制定出合理的防治措施，以促进压力设备运行稳定性的提升。

参考文献：

[1]孟伟权.化工压力容器检验过程中危险源的控制分析[J].化工管理，2019（22）：160-161.

[2]王毅.压力容器定期检验局部腐蚀凹坑的安全状况等级评定[J].中国设备工程，2019（14）：224-225.

2335500511367