化工(gong)設備(bei)腐蝕(shi)失(shi)效中(zhong)，應(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie)是危(wei)害較大的腐蝕(shi)形式(shi)之一，它在(zai)整(zheng)個(ge)(ge)腐蝕(shi)失(shi)效中(zhong)所占比例(li)(li)高達(da)40％以上，尤(you)其對于(yu)不(bu)(bu)銹鋼制化工(gong)設備(bei)，這個(ge)(ge)比例(li)(li)高達(da)55％。關于(yu)引起應(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie)的原因主(zhu)要有：材料、應(ying)力和(he)環境三方面(mian)，且三者缺(que)一不(bu)(bu)可(ke)。

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。
 

該反應(ying)(ying)為(wei)間(jian)歇反應(ying)(ying)，主(zhu)要工藝為(wei)不銹鋼反應(ying)(ying)釜接上工序(xu)來(lai)料，將(jiang)反應(ying)(ying)釜表壓(ya)(ya)控制在-0.023～-0.04MPa左右，打開盤管加熱(re)器將(jiang)料溫逐漸上升(sheng)到190℃左右進行反應(ying)(ying)，反應(ying)(ying)維(wei)持時間(jian)約8小時，取樣分析(xi)合格后,用(yong)0.2MPa左右壓(ya)(ya)縮(suo)空氣出料至下一工序(xu)。

該不(bu)(bu)銹鋼反應釜在(zai)2011年5月檢查過程中，發(fa)現沿筒體(ti)與(yu)(yu)上封(feng)(feng)頭(tou)環(huan)(huan)焊(han)(han)縫(feng)區(qu)域(yu)有(you)化工(gong)物料(liao)析出(chu)。用等離(li)(li)子切割上封(feng)(feng)頭(tou)后，經X射線探(tan)傷(shang)，發(fa)現上封(feng)(feng)頭(tou)環(huan)(huan)焊(han)(han)縫(feng)熱影(ying)響(xiang)區(qu)出(chu)現大量不(bu)(bu)規則裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，其(qi)他(ta)焊(han)(han)縫(feng)區(qu)域(yu)未(wei)發(fa)現裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)較大深度(du)為(wei)4.8mm，且裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)離(li)(li)焊(han)(han)縫(feng)距(ju)離(li)(li)越遠數量逐漸減(jian)少；大多(duo)數裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)方向(xiang)(xiang)與(yu)(yu)環(huan)(huan)焊(han)(han)縫(feng)垂直，多(duo)平(ping)行發(fa)展(zhan)(zhan)，少數裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)與(yu)(yu)焊(han)(han)縫(feng)平(ping)行或形(xing)成(cheng)(cheng)夾角(jiao)；探(tan)傷(shang)顯示，在(zai)縱(zong)向(xiang)(xiang)上基(ji)本沒有(you)有(you)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多(duo)從內(nei)壁焊(han)(han)縫(feng)表(biao)面及熔合(he)線開始形(xing)成(cheng)(cheng)，在(zai)縱(zong)向(xiang)(xiang)上向(xiang)(xiang)熱影(ying)響(xiang)區(qu)延伸、發(fa)展(zhan)(zhan)，在(zai)深度(du)上由內(nei)向(xiang)(xiang)外擴展(zhan)(zhan)。在(zai)顯微鏡下觀(guan)察(cha)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)形(xing)貌，裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多(duo)屬(shu)于沿晶(jing)型裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，也有(you)部分(fen)(fen)穿晶(jing)型開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)或混(hun)合(he)型，并沿壁厚方向(xiang)(xiang)呈(cheng)樹(shu)枝(zhi)狀發(fa)散，觀(guan)察(cha)到微觀(guan)組織部分(fen)(fen)黑色(se)腐蝕產(chan)物形(xing)成(cheng)(cheng)，具有(you)應力腐蝕裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)特(te)征，見圖1。沿垂直封(feng)(feng)頭(tou)環(huan)(huan)焊(han)(han)縫(feng)的(de)(de)方向(xiang)(xiang)將試件剖開，發(fa)現靠近內(nei)表(biao)面的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)及封(feng)(feng)頭(tou)側熱影(ying)響(xiang)區(qu)有(you)一定程度(du)的(de)(de)敏(min)化組織，見圖2。為(wei)準(zhun)(zhun)確判(pan)斷裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)成(cheng)(cheng)因，我們對(dui)該反應釜材質進(jin)行化學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析，見表(biao)2。分(fen)(fen)析結果(guo)表(biao)明：封(feng)(feng)頭(tou)母(mu)材化學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)符合(he)0Cr18Ni9鋼板標準(zhun)(zhun)的(de)(de)要求(qiu)。結合(he)使用工(gong)況，故判(pan)斷其(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)成(cheng)(cheng)因是(shi)應力腐蝕所致。

1不銹鋼反應釜應力腐蝕開裂的原因分析

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(jie)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)(li)(li)愈大(da)越容易(yi)引(yin)起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)，減(jian)小外加(jia)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)將降低(di)引(yin)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發生(sheng)的(de)可能性。當低(di)于門(men)檻應(ying)(ying)力(li)(li)(li)值時，甚(shen)至不會(hui)發生(sheng)引(yin)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。通過應(ying)(ying)力(li)(li)(li)分(fen)析，我們(men)知(zhi)道引(yin)起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)因素主要是(shi)殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。裝配(pei)(pei)及焊接過程都存在殘(can)余內應(ying)(ying)力(li)(li)(li)；殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)越大(da)，不銹鋼越容易(yi)發生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)。焊接殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)與裝配(pei)(pei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)在疊(die)加(jia)的(de)情(qing)況下引(yin)起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)的(de)幾率將明顯增加(jia)。而反應(ying)(ying)釜的(de)上(shang)封頭環焊縫熱影響區屬于殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)較大(da)的(de)部位。

另外(wai)，該不(bu)銹鋼反應釜是間歇操作，在運行(xing)過程中壓力(li)、溫度變(bian)化頻繁；在反復(fu)加(jia)(jia)壓和泄壓、升溫和降溫過程中，因交變(bian)載荷的長期作用而可能產生疲(pi)勞裂(lie)紋；這也將加(jia)(jia)劇應力(li)腐蝕(shi)開裂(lie)的發(fa)生。

2不(bu)銹(xiu)鋼反應釜應力腐蝕開裂(lie)的預防

通過以(yi)上對不銹鋼反(fan)應(ying)釜應(ying)力腐蝕原(yuan)因的(de)分析，通常(chang)可以(yi)采取以(yi)下預防措施(shi)：

2.1合理設計及選材(cai)

(1)在(zai)Cl-介質條件下，盡(jin)量避免選用18-8不銹鋼(gang)材料。可采用抗SCC材料，如雙相不銹鋼(gang)。由于(yu)材料隨含(han)Ni量增(zeng)加，KISCC也增(zeng)加，也就是說Ni能降低鋼(gang)在(zai)氯化物介質中(zhong)的SCC敏感(gan)性。

(2)優化設備結構設計，避(bi)免(mian)應力集(ji)中(zhong)及有害離(li)子積(ji)聚的(de)結構。盡(jin)可能避(bi)免(mian)死角(jiao)，避(bi)免(mian)低凹地區和溶(rong)液未充滿的(de)空間，防止腐蝕(shi)液滯(zhi)留、水(shui)分蒸發、蒸汽的(de)冷凝、腐蝕(shi)產(chan)物與(yu)污垢(gou)的(de)積(ji)聚、有害離(li)子的(de)濃(nong)縮，結構上(shang)應考慮易(yi)于清洗(xi)，方便排污，焊縫應盡(jin)量遠離(li)應力集(ji)中(zhong)處(chu)，避(bi)免(mian)采(cai)用剛性過大(da)的(de)結構。[3]。

2.2減小殘余應力

2.2.1選擇合理的焊縫尺寸

焊縫尺寸(cun)增加，變形隨之增大，但是過小(xiao)的(de)焊縫尺寸(cun)將降(jiang)低(di)結(jie)構的(de)承載能力，并(bing)使焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)冷卻速(su)度加快(kuai)，熱(re)影響區硬度增高，容(rong)易產(chan)生裂紋等缺陷，因(yin)此(ci)應在滿足結(jie)構承載能力和保證焊接(jie)(jie)質(zhi)量的(de)前提下，隨著板的(de)厚度來選取工藝上可能選用的(de)較小(xiao)的(de)焊縫尺寸(cun)。

2.2.2選擇合理的裝(zhuang)配焊(han)接順序

工件在裝配焊接(jie)(jie)過程中剛度(du)逐(zhu)漸增加，盡量(liang)(liang)(liang)使焊縫(feng)能在剛度(du)較小的(de)情況下(xia)焊接(jie)(jie)。在安排組(zu)裝焊接(jie)(jie)順序時，應(ying)盡量(liang)(liang)(liang)先(xian)焊收縮(suo)量(liang)(liang)(liang)大(da)的(de)焊縫(feng)，后焊收縮(suo)量(liang)(liang)(liang)小的(de)焊縫(feng)；根據受力(li)情況，先(xian)焊工作時應(ying)力(li)大(da)的(de)焊縫(feng)，再焊工作時應(ying)力(li)小的(de)焊縫(feng)；較大(da)限度(du)減小殘(can)余(yu)應(ying)力(li)的(de)影響。

2.2.3選擇合理的(de)焊接(jie)工藝(yi)

焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，應按焊(han)(han)(han)(han)件(jian)的(de)具(ju)體情況(kuang)采用合理的(de)焊(han)(han)(han)(han)條、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)電(dian)流、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度，從而減少(shao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應力。必要時可采用對(dui)工件(jian)進行(xing)預熱(re)，減少(shao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)區(qu)域(yu)整(zheng)體焊(han)(han)(han)(han)件(jian)的(de)溫差。溫差越小，越能使焊(han)(han)(han)(han)縫區(qu)與結構(gou)整(zheng)體均勻冷卻，從而減少(shao)內應力。

基(ji)于以上分析，我們采(cai)取了相應(ying)(ying)措施對(dui)不(bu)銹鋼反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜(fu)進(jin)(jin)行(xing)修(xiu)(xiu)(xiu)理(li)(li)(li)改造。在(zai)(zai)此次修(xiu)(xiu)(xiu)理(li)(li)(li)過程(cheng)中，將(jiang)不(bu)銹鋼反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜(fu)筒(tong)(tong)體和(he)(he)上封(feng)頭下口裂(lie)紋(wen)(wen)區域(yu)各切除200mm。在(zai)(zai)對(dui)斷口進(jin)(jin)行(xing)打磨后，經X射線探傷，確保筒(tong)(tong)體和(he)(he)上封(feng)頭無(wu)裂(lie)紋(wen)(wen)等缺(que)(que)陷。重(zhong)新加工一(yi)段(duan)400mm的筒(tong)(tong)節(jie)，打V型坡口組對(dui)焊(han)(han)接。按照裝(zhuang)配順序進(jin)(jin)行(xing)組裝(zhuang)，制定焊(han)(han)接工藝，對(dui)焊(han)(han)接電流(liu)、層間溫度(du)等進(jin)(jin)行(xing)控(kong)制，局部進(jin)(jin)行(xing)熱處理(li)(li)(li)。較大限(xian)(xian)度(du)減少裝(zhuang)配應(ying)(ying)力和(he)(he)焊(han)(han)接殘余應(ying)(ying)力。施焊(han)(han)完(wan)成后對(dui)焊(han)(han)縫進(jin)(jin)行(xing)X射線100%探傷，無(wu)任何裂(lie)紋(wen)(wen)等缺(que)(que)陷，檢(jian)測合(he)格(ge)。修(xiu)(xiu)(xiu)理(li)(li)(li)完(wan)畢后，清除污垢去(qu)油(you)后作酸化(hua)(hua)(hua)鈍化(hua)(hua)(hua)處理(li)(li)(li)，所形成的鈍化(hua)(hua)(hua)膜采(cai)用藍點法檢(jian)查，且(qie)無(wu)藍點，鈍化(hua)(hua)(hua)處理(li)(li)(li)合(he)格(ge)。投(tou)入使用后，在(zai)(zai)工藝上嚴格(ge)控(kong)制鹽(yan)酸和(he)(he)氯化(hua)(hua)(hua)鈉的配比(bi)，將(jiang)物(wu)料(liao)中Cl-濃(nong)度(du)降低(di)到較大限(xian)(xian)度(du)，同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)可能(neng)含有Cl-的物(wu)料(liao)進(jin)(jin)入不(bu)銹鋼反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜(fu)。出(chu)料(liao)時(shi)通過提(ti)高真空(kong)，以降低(di)蒸汽(qi)等級(ji)和(he)(he)減少蒸汽(qi)用量來(lai)降低(di)釜(fu)內溫度(du)。同(tong)時(shi)，優化(hua)(hua)(hua)操作流(liu)程(cheng)，避(bi)免(mian)操作壓(ya)力、溫度(du)波動過大、過頻，以免(mian)誘導應(ying)(ying)力腐蝕發生的疲勞裂(lie)紋(wen)(wen)出(chu)現(xian)。此不(bu)銹鋼反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜(fu)2011年5月修(xiu)(xiu)(xiu)理(li)(li)(li)后即(ji)投(tou)入使用，在(zai)(zai)2012年10月裝(zhuang)置停工檢(jian)修(xiu)(xiu)(xiu)期間，進(jin)(jin)入釜(fu)內進(jin)(jin)行(xing)全面檢(jian)查。經X射線100%探傷，加工改造的400mm筒(tong)(tong)節(jie)上下焊(han)(han)縫及其(qi)他焊(han)(han)縫區域(yu)無(wu)任何裂(lie)紋(wen)(wen)等缺(que)(que)陷，未出(chu)現(xian)應(ying)(ying)力腐蝕現(xian)象。

3結束語

不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)反(fan)應(ying)釜上(shang)封(feng)頭環(huan)焊縫熱(re)影響區(qu)出現(xian)裂紋，是由Cl-引(yin)起的(de)18-8不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)所致。根據實際(ji)情況(kuang)，從設(she)備修理改(gai)(gai)造和(he)工藝(yi)及操作上(shang)采取了(le)相(xiang)應(ying)的(de)措施(shi)，降低殘余應(ying)力和(he)Cl-影響，以避免(mian)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)或延長其(qi)發(fa)生的(de)時間。但隨著使用時間的(de)延長，Cl-引(yin)起的(de)18-8不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)可(ke)能性將會增加。因(yin)此，建議在裝置(zhi)大修時，將不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)反(fan)應(ying)釜材(cai)質改(gai)(gai)為雙相(xiang)鋼(gang)。