(2.124)--穿晶型应力腐蚀开裂.ppt

《(2.124)--穿晶型应力腐蚀开裂.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2.124)--穿晶型应力腐蚀开裂.ppt（18页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、味精结晶罐顶盖挡罩小圆环味精结晶罐顶盖挡罩小圆环 穿晶型应力腐蚀开裂穿晶型应力腐蚀开裂一、案例简介一、案例简介 某厂某厂1010立方米味精结晶罐立方米味精结晶罐19991999年用年用Cr-NiCr-Ni奥氏体不锈奥氏体不锈钢钢（0Cr19Ni90Cr19Ni9）制造的，属于）制造的，属于低压加热低压加热容器。容器下部蒸容器。容器下部蒸汽加热体最高汽加热体最高工作压力工作压力0.25MPa0.25MPa；容器内部空间计汽室最高；容器内部空间计汽室最高工作压力为工作压力为0.09MPa0.09MPa，顶部工作温度大约为，顶部工作温度大约为60-7560-75。该味精罐投入使用只有该味精罐投入使用

2、只有1414个月，在一次清洗过个月，在一次清洗过程中，发现在程中，发现在罐底罐底有面积约为（有面积约为（20 x520 x5）立方厘米的）立方厘米的不锈钢块不锈钢块。经开罐检查，这块不锈钢是从。经开罐检查，这块不锈钢是从罐顶掉下罐顶掉下来来的，是由于的，是由于挡罩小圆环的破裂挡罩小圆环的破裂。图。图1 1、图、图2 2所示为所示为落下环块的实物照片。落下环块的实物照片。环块环块有如下有如下特点特点：环块断口上没有肉眼可见的：环块断口上没有肉眼可见的塑性塑性变形痕迹变形痕迹，断口平直断口平直，呈，呈结晶状断口结晶状断口；环块表面仍；环块表面仍可见不锈钢的可见不锈钢的金属光泽金属光泽；环块是沿焊缝

3、；环块是沿焊缝热影响区热影响区断断裂的，断口顶部可见焊接的裂的，断口顶部可见焊接的热回火色热回火色；从断口延伸；从断口延伸大量分支大量分支二次裂纹二次裂纹，由于裂纹大量存在，当敲击掉，由于裂纹大量存在，当敲击掉下来的环块时，其下来的环块时，其金属响声变哑不清脆金属响声变哑不清脆。二、测试分析二、测试分析 在靠近在靠近断口断口处取样，在处取样，在垂直断口垂直断口方向做方向做金相磨面金相磨面，研磨、抛光研磨、抛光后未经后未经浸蚀浸蚀观察观察二次裂纹二次裂纹形貌，如图形貌，如图3 3所示。所示。裂纹有强烈的裂纹有强烈的方向性方向性，源于，源于焊缝热影响区焊缝热影响区并并垂直于焊缝垂直于焊缝，向母材扩

4、展向母材扩展；裂纹既有；裂纹既有主干主干又有又有分枝分枝，貌似落叶后的，貌似落叶后的树树干和树枝干和树枝；裂纹深而窄裂纹深而窄，裂纹，裂纹尖端很尖锐尖端很尖锐。把抛光后的。把抛光后的试样经试样经王水浸蚀王水浸蚀，取裂纹尖端附近区域观察，可见裂纹，取裂纹尖端附近区域观察，可见裂纹多数多数穿越晶粒穿越晶粒，属于，属于穿晶型穿晶型裂纹，如图裂纹，如图4 4所示。所示。材料金相组织为奥氏体，部分晶粒呈材料金相组织为奥氏体，部分晶粒呈孪晶孪晶分布。分布。把微裂纹拉开，及时在把微裂纹拉开，及时在SEMSEM（scanning electron scanning electron microscopemic

5、roscope-扫描式电子显微镜）上观察断口形貌，扫描式电子显微镜）上观察断口形貌，有有河流花样、腐蚀坑、泥状花样、二次裂纹河流花样、腐蚀坑、泥状花样、二次裂纹等。这等。这些断口形貌特征显示了断裂性质属于些断口形貌特征显示了断裂性质属于脆性断裂脆性断裂。对。对断口表面作断口表面作能谱分析能谱分析，结果表明除有钢材本身的元，结果表明除有钢材本身的元素外，明显的是素外，明显的是ClCl和和O O元素含量高，这是使奥氏体元素含量高，这是使奥氏体刚氧化及刚氧化及应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂的的环境介质环境介质所含的元素。所含的元素。图图5 5所示为小圆环在结晶罐上顶盖组件中与挡罩的所示为小圆环在结晶罐上顶

6、盖组件中与挡罩的连接结构。连接结构。单边角焊缝单边角焊缝的焊接使其形成了的焊接使其形成了积液积液的最的最佳位置；单边焊缝的佳位置；单边焊缝的焊接拘束焊接拘束产生很高的产生很高的焊接残余焊接残余应力应力；焊后没有进行；焊后没有进行热处理热处理致使焊接接头有较高的致使焊接接头有较高的应力水平应力水平。三、结论三、结论以上测试分析可见小圆环为氯离子引起的以上测试分析可见小圆环为氯离子引起的穿晶型应力腐蚀开裂穿晶型应力腐蚀开裂（SCCSCC）。）。1 1、由、由氯离子氯离子引起引起Cr-NiCr-Ni奥氏体不锈钢的奥氏体不锈钢的SCCSCC为穿晶型。在氯离为穿晶型。在氯离子浓度较低的环境中，奥氏体不锈

7、钢存在一个子浓度较低的环境中，奥氏体不锈钢存在一个SCCSCC敏感温度敏感温度范范围，结晶罐的操作温度正处在此范围中。围，结晶罐的操作温度正处在此范围中。2 2、尽管结晶罐的介质中含氯离子浓度不高，但、尽管结晶罐的介质中含氯离子浓度不高，但特殊位置特殊位置使得使得氯离子浓缩会大大加快氯离子浓缩会大大加快SCCSCC的进程。的进程。3 3、焊接、焊接结构拘束结构拘束及及焊后没有热处理焊后没有热处理，有较高的，有较高的残余应力水平残余应力水平。在在材料、环境、拉应力材料、环境、拉应力协同作用下，使得小圆环产生协同作用下，使得小圆环产生应力腐蚀应力腐蚀开裂开裂。四、改进措施四、改进措施 根据测试分析

8、及结论，可采取以下措施。根据测试分析及结论，可采取以下措施。1 1、选材选材时，应考虑时，应考虑氯离子氯离子引起的应力腐蚀问题，选择具引起的应力腐蚀问题，选择具有良好的有良好的抗应力腐蚀的材料抗应力腐蚀的材料，如，如奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢、双相不锈双相不锈钢钢等。如果采用等。如果采用Cr-NiCr-Ni奥氏体不锈钢，可以对其表面进行奥氏体不锈钢，可以对其表面进行酸酸洗钝化、抛光钝化洗钝化、抛光钝化等。等。2 2、改进小圆环与挡罩的、改进小圆环与挡罩的连接结构连接结构，避免，避免积液积液，并尽量避，并尽量避免或减少免或减少残余应力残余应力。3 3、应严格按操作规程进行使用，禁止使用、应严格按操

9、作规程进行使用，禁止使用氯离子氯离子含量高含量高的清洗剂，氯离子的含量应控制在的清洗剂，氯离子的含量应控制在25mg/25mg/以下以下。12“应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂”知识回顾总结知识回顾总结l通常在某种特定的腐蚀介质中，材料在不受应力时腐蚀甚微通常在某种特定的腐蚀介质中，材料在不受应力时腐蚀甚微l而受到一定的拉伸应力时（可远低于材料的屈服强度），经过而受到一定的拉伸应力时（可远低于材料的屈服强度），经过一段时间后，即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂一段时间后，即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂l断裂事先没有明显的征兆，往往造成断裂事先没有明显的征兆，往往造成灾难性灾难性的后果的后果

10、应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂受一定受一定拉伸应力拉伸应力作用的金属材料在某作用的金属材料在某些些特定的介质特定的介质中，由于腐蚀介质和应中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的力的协同作用而发生的脆性断裂脆性断裂现象现象 13 SCCSCC需要同时具备三个条件需要同时具备三个条件1 1、敏感的金属材料、敏感的金属材料 2 2、特定的腐蚀介质、特定的腐蚀介质 3 3、足够大的拉伸应力、足够大的拉伸应力 14含氯离子水溶液、有机溶剂含氯离子水溶液、有机溶剂锆合金锆合金熔融氢氧化物、热浓氢氧化物溶液、熔融氢氧化物、热浓氢氧化物溶液、HF蒸汽和溶液蒸汽和溶液镍和镍合金镍和镍合金湿空气、高纯水、氟化物、湿空

11、气、高纯水、氟化物、KClK2CrO4溶液溶液镁和镁合金镁和镁合金发烟硝酸、甲醇（蒸汽）、发烟硝酸、甲醇（蒸汽）、NaCl溶液（溶液（290）、）、HCl（10，35）、）、H2SO4（6-7）、湿）、湿Cl2（288，346，427）、）、N2O4（含（含O2，不含，不含NO，24-74）钛和钛合金钛和钛合金含含NH4+的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、SO2大气、水蒸汽大气、水蒸汽铜和铜合金铜和铜合金熔融熔融 NaCl、湿空气、海水、含卤素离子的水溶液、有机溶剂、湿空气、海水、含卤素离子的水溶液、有机溶剂铝合金铝合金氯化物水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液氯化物

12、水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液奥氏体不锈奥氏体不锈钢钢各种水介质、含痕量水的有机溶剂、各种水介质、含痕量水的有机溶剂、HCN溶液溶液高强钢高强钢NaOH溶液、溶液、硝酸盐溶液、硝酸盐溶液、含含H2S和和HCl溶液、溶液、COCO2H2O、碳酸盐、磷酸、碳酸盐、磷酸盐盐低碳钢低碳钢介介 质质材材 料料一些金属和合金产生一些金属和合金产生SCC的特定介质的特定介质15 应力腐蚀影响因素：应力腐蚀影响因素：16 防止防止SCCSCC的措施：的措施：改进结构设计，减小应力集中和避免腐蚀介质的积存改进结构设计，减小应力集中和避免腐蚀介质的积存在部件的加工、制造和装配过程中尽量避免产生较大的

13、残余在部件的加工、制造和装配过程中尽量避免产生较大的残余应力应力可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应力可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应力（）选材（）选材l根据材料的具体使用环境，尽量避免使用对根据材料的具体使用环境，尽量避免使用对SCCSCC敏感的材料敏感的材料（）消除应力（）消除应力17使用有机涂层可将材料表面与环境分开使用有机涂层可将材料表面与环境分开使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料SCCSCC敏感性敏感性（）涂层（）涂层l控制或降低有害的成分控制或降低有害的成分l在腐蚀介质中加入缓蚀剂在腐蚀介质中加入缓蚀剂l通过改变电位、促进成膜、阻止氢或有害物质的吸附等，影响通过改变电位、促进成膜、阻止氢或有害物质的吸附等，影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用，改变环境的敏感性质电化学反应动力学而起到缓蚀作用，改变环境的敏感性质（）改善介质环境（）改善介质环境18应力腐蚀开裂发生在应力腐蚀开裂发生在活化活化钝化钝化和和钝化过钝化钝化过钝化两个敏两个敏感电位区间感电位区间可以通过控制电位进行阴极可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止保护或阳极保护防止SCCSCC的的发生发生（）电化学保护（）电化学保护