化(hua)(hua)工(gong)設備腐(fu)(fu)(fu)蝕失效(xiao)中(zhong)，應力腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂是(shi)危害較大的腐(fu)(fu)(fu)蝕形式之一(yi)(yi)，它(ta)在整個(ge)腐(fu)(fu)(fu)蝕失效(xiao)中(zhong)所占比(bi)例高(gao)達(da)40％以(yi)上，尤(you)其(qi)對(dui)于不(bu)銹鋼制化(hua)(hua)工(gong)設備，這個(ge)比(bi)例高(gao)達(da)55％。關于引起應力腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂的原因主要有(you)：材料、應力和(he)環境三方面，且三者缺一(yi)(yi)不(bu)可。

某裝置不銹鋼反應釜于2010年1月投產，其主要由筒體、上下橢圓形封頭、蛇管加熱器、攪拌裝置、填料塔、冷凝器等部件組成。筒體尺寸為ø2200×7890×12mm，材質為0Cr18Ni9。正常生產時的工作介質為對硝、四硝、苯胺、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鉀、甲酰苯胺、氯化鉀等；回收物料時工作介質為甲酸鈉、鹽酸、氯化鈉、苯胺、甲酰苯胺等。反應釜的主要技術參數，見表1。
 

該(gai)反(fan)應(ying)為間(jian)歇反(fan)應(ying)，主要工(gong)藝為不銹(xiu)鋼(gang)反(fan)應(ying)釜接上工(gong)序(xu)來料，將反(fan)應(ying)釜表壓控(kong)制在-0.023～-0.04MPa左右，打(da)開盤(pan)管(guan)加(jia)熱器將料溫逐漸上升到190℃左右進行反(fan)應(ying)，反(fan)應(ying)維持時間(jian)約8小時，取樣分析(xi)合格后,用0.2MPa左右壓縮空氣出料至下一工(gong)序(xu)。

該不銹(xiu)鋼(gang)反(fan)應(ying)釜(fu)在(zai)2011年5月(yue)檢查過程中，發(fa)現(xian)(xian)沿筒(tong)體與(yu)上封頭環焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)域有化(hua)(hua)工(gong)物料(liao)析(xi)出(chu)。用等離子切(qie)割上封頭后，經X射線探傷(shang)，發(fa)現(xian)(xian)上封頭環焊(han)縫(feng)(feng)熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)出(chu)現(xian)(xian)大(da)量(liang)不規則(ze)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，其(qi)他焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)域未發(fa)現(xian)(xian)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)較大(da)深度(du)為(wei)4.8mm，且(qie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)離焊(han)縫(feng)(feng)距離越遠數(shu)量(liang)逐(zhu)漸減少；大(da)多(duo)(duo)數(shu)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)方(fang)向(xiang)與(yu)環焊(han)縫(feng)(feng)垂直，多(duo)(duo)平(ping)行(xing)發(fa)展(zhan)，少數(shu)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)與(yu)焊(han)縫(feng)(feng)平(ping)行(xing)或形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)夾角(jiao)；探傷(shang)顯(xian)示(shi)，在(zai)縱向(xiang)上基本沒有有裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多(duo)(duo)從內(nei)壁焊(han)縫(feng)(feng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)及(ji)(ji)熔合線開始形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，在(zai)縱向(xiang)上向(xiang)熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)延伸、發(fa)展(zhan)，在(zai)深度(du)上由內(nei)向(xiang)外擴展(zhan)。在(zai)顯(xian)微(wei)鏡(jing)下觀(guan)察裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)形貌，裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多(duo)(duo)屬(shu)于(yu)沿晶型裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，也有部分(fen)穿晶型開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)或混合型，并沿壁厚方(fang)向(xiang)呈(cheng)樹枝狀發(fa)散，觀(guan)察到(dao)微(wei)觀(guan)組(zu)織部分(fen)黑色腐蝕產物形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，具有應(ying)力腐蝕裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)特征，見(jian)圖1。沿垂直封頭環焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)方(fang)向(xiang)將試件剖開，發(fa)現(xian)(xian)靠近內(nei)表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)及(ji)(ji)封頭側熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)有一(yi)定程度(du)的(de)(de)敏化(hua)(hua)組(zu)織，見(jian)圖2。為(wei)準確判(pan)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)因(yin)，我們(men)對該反(fan)應(ying)釜(fu)材質進行(xing)化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)析(xi)，見(jian)表(biao)(biao)(biao)2。分(fen)析(xi)結(jie)(jie)果表(biao)(biao)(biao)明：封頭母材化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)符(fu)合0Cr18Ni9鋼(gang)板標(biao)準的(de)(de)要求(qiu)。結(jie)(jie)合使用工(gong)況，故(gu)判(pan)斷(duan)其(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)因(yin)是應(ying)力腐蝕所致。

1不銹鋼(gang)反(fan)應釜(fu)應力腐(fu)蝕開裂(lie)的原因分析

1.1Cl-影響

Cl-是引起18-8不銹鋼應力腐蝕的主要介質因素。研究表明，在溶氧條件下Cl-濃度和溫度的高低決定了應力腐蝕是否能發生及腐蝕速率[6]。Cl-濃度越低，應力腐蝕越不容易發生。但當溫度較高時，微量的Cl-也可能引起引力腐蝕開裂[7]。不銹鋼反應釜的物料經取樣化學分析，Cl-平均濃度高達100ppm，工作溫度接近200℃。同時滿足18-8不銹鋼在含有Cl-溶液中應力腐蝕開裂的溫度和濃度條件。特別是其Cl-濃度和溫度達到較高區間范圍，該釜在使用僅一年半的時間后，就發生了應力腐蝕開裂。

1.2焊接敏化的影響

根據材料化學成分分析報告(表2)對照標準可以判定設備選用的材料是合格的，但焊接過程中熱影響區的溫度處于敏化區(450～850℃)。當奧氏體不銹鋼焊接時，電弧熔池的溫度高達1300℃，焊縫兩側溫度隨距離的增加而下降，其中存在敏化溫度區。焊接操作不熟練、焊接時間愈長則停留在敏化溫度區的機會愈多，使焊縫兩側的母材產生腐蝕的敏感性并易形成晶界腐蝕。晶界發生腐蝕很容易誘導應力腐蝕開裂。從上文裂紋在熱影響區形成及其沿晶型特征和腐蝕產物的存在也說明了這一點。
 

1.3應力的影響

應(ying)(ying)力(li)愈大(da)越容易引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂，減小外加應(ying)(ying)力(li)將(jiang)降(jiang)低引(yin)力(li)腐蝕(shi)發生的(de)可能(neng)性(xing)。當低于門檻(jian)應(ying)(ying)力(li)值時，甚至不(bu)會發生引(yin)力(li)腐蝕(shi)。通過應(ying)(ying)力(li)分析，我們知道引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂的(de)應(ying)(ying)力(li)因素主要(yao)是殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)力(li)。裝配及焊接過程都存在(zai)殘(can)(can)(can)余內(nei)應(ying)(ying)力(li)；殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)力(li)越大(da)，不(bu)銹鋼越容易發生應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂。焊接殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)力(li)與裝配應(ying)(ying)力(li)在(zai)疊加的(de)情況下引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)開裂的(de)幾率將(jiang)明顯增加。而反應(ying)(ying)釜(fu)的(de)上封頭環焊縫(feng)熱(re)影響區屬于殘(can)(can)(can)余應(ying)(ying)力(li)較大(da)的(de)部(bu)位。

另外，該不銹鋼反(fan)應釜是(shi)間歇操作，在(zai)(zai)運行過程中壓(ya)力、溫度變(bian)化(hua)頻繁；在(zai)(zai)反(fan)復(fu)加壓(ya)和泄壓(ya)、升溫和降溫過程中，因(yin)交變(bian)載(zai)荷的(de)長期作用而可能產生疲勞裂紋；這(zhe)也(ye)將加劇應力腐蝕(shi)開裂的(de)發生。

2不銹鋼反應(ying)釜應(ying)力(li)腐蝕開裂的預(yu)防

通過(guo)以(yi)(yi)上對不銹鋼反(fan)應釜應力腐蝕原(yuan)因(yin)的分析(xi)，通常可以(yi)(yi)采取以(yi)(yi)下(xia)預防措(cuo)施：

2.1合(he)理設計及選材

(1)在(zai)Cl-介質條件(jian)下，盡量避免(mian)選(xuan)用18-8不(bu)銹(xiu)鋼材(cai)料。可采用抗SCC材(cai)料，如雙相不(bu)銹(xiu)鋼。由于材(cai)料隨含Ni量增(zeng)加，KISCC也(ye)增(zeng)加，也(ye)就是說Ni能降(jiang)低鋼在(zai)氯化物介質中(zhong)的SCC敏(min)感(gan)性。

(2)優化設備結(jie)構設計，避免應力集(ji)中(zhong)及有害(hai)離子積聚(ju)的結(jie)構。盡(jin)可(ke)能(neng)避免死角，避免低凹地區(qu)和溶液(ye)未充滿的空間，防止腐蝕(shi)液(ye)滯留、水分蒸(zheng)發、蒸(zheng)汽的冷凝、腐蝕(shi)產物(wu)與污(wu)垢的積聚(ju)、有害(hai)離子的濃縮，結(jie)構上應考慮易(yi)于清洗(xi)，方(fang)便(bian)排(pai)污(wu)，焊(han)縫應盡(jin)量(liang)遠離應力集(ji)中(zhong)處，避免采用剛性過大的結(jie)構。[3]。

2.2減小殘余應力

2.2.1選擇合理的(de)焊縫尺寸

焊縫(feng)尺寸增加，變形隨(sui)(sui)之增大，但(dan)是過小的(de)(de)(de)焊縫(feng)尺寸將降低結構的(de)(de)(de)承載(zai)能力(li)，并使焊接接頭的(de)(de)(de)冷卻速(su)度加快，熱影響區硬度增高，容易產生裂(lie)紋等缺陷，因此應在滿(man)足結構承載(zai)能力(li)和保證焊接質量(liang)的(de)(de)(de)前提下，隨(sui)(sui)著板的(de)(de)(de)厚度來選取工藝上可(ke)能選用的(de)(de)(de)較小的(de)(de)(de)焊縫(feng)尺寸。

2.2.2選擇合(he)理的裝(zhuang)配焊接順序

工件在(zai)裝(zhuang)配焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過程中剛度(du)(du)逐漸增加，盡(jin)量使焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)能在(zai)剛度(du)(du)較(jiao)小(xiao)(xiao)的(de)情況下焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)安排組裝(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)順序時，應(ying)盡(jin)量先(xian)焊(han)(han)(han)(han)收縮(suo)量大的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，后焊(han)(han)(han)(han)收縮(suo)量小(xiao)(xiao)的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)；根(gen)據受(shou)力(li)情況，先(xian)焊(han)(han)(han)(han)工作(zuo)時應(ying)力(li)大的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，再焊(han)(han)(han)(han)工作(zuo)時應(ying)力(li)小(xiao)(xiao)的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)；較(jiao)大限(xian)度(du)(du)減小(xiao)(xiao)殘余應(ying)力(li)的(de)影響。

2.2.3選擇(ze)合(he)理的焊接(jie)工藝

焊(han)(han)(han)接(jie)時，應按焊(han)(han)(han)件(jian)(jian)的具體情況采用合理的焊(han)(han)(han)條、焊(han)(han)(han)接(jie)電流、焊(han)(han)(han)接(jie)速度，從(cong)而減(jian)少(shao)焊(han)(han)(han)接(jie)殘(can)余應力。必要時可采用對工件(jian)(jian)進行預(yu)熱，減(jian)少(shao)焊(han)(han)(han)接(jie)區域整體焊(han)(han)(han)件(jian)(jian)的溫差。溫差越小，越能使(shi)焊(han)(han)(han)縫區與(yu)結構整體均勻冷卻，從(cong)而減(jian)少(shao)內(nei)應力。

基于(yu)以(yi)(yi)(yi)上分析，我們采(cai)取(qu)了相應(ying)措施(shi)對不(bu)銹鋼反應(ying)釜(fu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)修(xiu)(xiu)理(li)(li)改造。在此次修(xiu)(xiu)理(li)(li)過程中，將不(bu)銹鋼反應(ying)釜(fu)筒體和(he)(he)(he)上封頭(tou)下口(kou)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)區(qu)域各(ge)切除200mm。在對斷(duan)口(kou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)打磨后(hou)(hou)，經X射線(xian)探(tan)(tan)傷，確保(bao)筒體和(he)(he)(he)上封頭(tou)無裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)等缺(que)陷(xian)。重(zhong)新加工(gong)(gong)(gong)一段400mm的(de)(de)筒節(jie)，打V型(xing)坡口(kou)組對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。按照裝(zhuang)(zhuang)配(pei)順(shun)序進(jin)(jin)(jin)行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)，制定焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)電(dian)流、層(ceng)間溫度(du)等進(jin)(jin)(jin)行(xing)控制，局部(bu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)熱處理(li)(li)。較大(da)(da)限度(du)減少(shao)裝(zhuang)(zhuang)配(pei)應(ying)力和(he)(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應(ying)力。施(shi)焊(han)(han)(han)(han)完(wan)(wan)成(cheng)后(hou)(hou)對焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)(jin)行(xing)X射線(xian)100%探(tan)(tan)傷，無任何裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)等缺(que)陷(xian)，檢(jian)(jian)(jian)測合(he)格(ge)。修(xiu)(xiu)理(li)(li)完(wan)(wan)畢(bi)后(hou)(hou)，清除污垢(gou)去油后(hou)(hou)作(zuo)酸化(hua)(hua)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處理(li)(li)，所形成(cheng)的(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)膜采(cai)用藍點法(fa)檢(jian)(jian)(jian)查，且無藍點，鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處理(li)(li)合(he)格(ge)。投入使(shi)用后(hou)(hou)，在工(gong)(gong)(gong)藝(yi)上嚴格(ge)控制鹽酸和(he)(he)(he)氯化(hua)(hua)鈉的(de)(de)配(pei)比，將物(wu)料(liao)中Cl-濃度(du)降(jiang)低(di)到(dao)較大(da)(da)限度(du)，同時(shi)(shi)避免(mian)可能含有Cl-的(de)(de)物(wu)料(liao)進(jin)(jin)(jin)入不(bu)銹鋼反應(ying)釜(fu)。出料(liao)時(shi)(shi)通過提高真空，以(yi)(yi)(yi)降(jiang)低(di)蒸汽等級和(he)(he)(he)減少(shao)蒸汽用量來降(jiang)低(di)釜(fu)內溫度(du)。同時(shi)(shi)，優化(hua)(hua)操(cao)作(zuo)流程，避免(mian)操(cao)作(zuo)壓力、溫度(du)波動過大(da)(da)、過頻，以(yi)(yi)(yi)免(mian)誘(you)導應(ying)力腐蝕發生的(de)(de)疲(pi)勞裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)出現。此不(bu)銹鋼反應(ying)釜(fu)2011年5月修(xiu)(xiu)理(li)(li)后(hou)(hou)即投入使(shi)用，在2012年10月裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)停工(gong)(gong)(gong)檢(jian)(jian)(jian)修(xiu)(xiu)期間，進(jin)(jin)(jin)入釜(fu)內進(jin)(jin)(jin)行(xing)全面檢(jian)(jian)(jian)查。經X射線(xian)100%探(tan)(tan)傷，加工(gong)(gong)(gong)改造的(de)(de)400mm筒節(jie)上下焊(han)(han)(han)(han)縫及(ji)其(qi)他焊(han)(han)(han)(han)縫區(qu)域無任何裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)等缺(que)陷(xian)，未出現應(ying)力腐蝕現象。

3結束語

不(bu)(bu)(bu)銹鋼反應(ying)(ying)釜上封頭環(huan)焊縫熱影(ying)響區出現裂紋，是由Cl-引起的18-8不(bu)(bu)(bu)銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕所致。根據實際(ji)情(qing)況，從(cong)設備修理改(gai)造和工藝及操(cao)作上采取了(le)相(xiang)應(ying)(ying)的措(cuo)施，降低殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)和Cl-影(ying)響，以避免應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕或(huo)延長其發生(sheng)的時間。但隨著使用時間的延長，Cl-引起的18-8不(bu)(bu)(bu)銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕的可能性(xing)將(jiang)(jiang)會增加。因此，建議在裝置大修時，將(jiang)(jiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼反應(ying)(ying)釜材(cai)質(zhi)改(gai)為(wei)雙(shuang)相(xiang)鋼。