碳钢与低合金钢的开裂详解.docx
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碳钢与低合金钢的开裂分类：
1、钢在碱溶液中的腐蚀破裂
2、胺腐蚀开裂破坏
3、硝酸盐腐蚀破裂
4、氨液引起碳钢的应力腐蚀破裂
5、H2S 应力腐蚀破裂
6、盐溶液对钢的腐蚀
7、碳酸盐腐蚀破裂
一、钢在碱溶液中的腐蚀破裂
钢在碱溶液中产生的应力腐蚀破裂，简称碱脆。
在热浓碱溶液中钢铁表面的保护膜会破坏，腐蚀速率变得较高。
碱液通氧，存在CO2或氯化物以及提高温度，都会加速碳钢的腐蚀。
氨水中OH—浓度虽比苛性碱溶液要弱得多，各种钢材可广泛用于贮存和处理无水氨或氨水溶液。
水处理过程中加入钠盐，使水含有NaOH。
在缝隙和胀管端头部位，由于水的蒸发造成碱的浓缩，使碱液浓度达到相当高。
加上应力集中，使此处的金属受到很高的局部应力。
碱液的温度高也促使钢应力腐蚀破裂。
碱脆不仅与碱的浓度有关，还与碱溶液的温度有关。
碱脆开裂主要是晶间型，也有混合型。
腐蚀电位处于活化-钝化过渡电位区，在此电位区内能造成晶界活化而晶粒本体继续钝化的条件，因而产生晶间腐蚀破裂。
碳钢在碱中的腐蚀：
在NaOH溶液中，碳钢相当稳定，因为在金属表面产生了不溶性的氢氧化铁保护膜。
大约在46%以上的浓碱液中，铁则以铁酸盐的形式溶解，从而失去稳定性。
温度升高，膜更易溶解，腐蚀速度增大。
在热碱溶液中，碳钢会遭到腐蚀破裂，即所谓“碱脆”。
碱脆的最低温度为50~60℃，最低浓度为5%，以30%NaOH浓度附近最为危险，以沸点附近的高温最易产生碱脆。
油品碱洗需用烧碱，而在NaOH溶液中所发生的碳钢设备应力腐蚀开裂通常称之为“碱脆”。
影响碳钢NaOH溶液中产生应力腐蚀开裂的因素为浓度、温度和残余应力。
故规定碳钢设备储存各种浓度的NaOH，当温度高于下表之值时，焊后应进行消除应力热处理。
浓度%
5
10
15
20
30
40
50
60
70
温度℃
85
76
70
65
54
48
43
40
38
所有碳钢胺液管线操作温度≥90℃时，需进行焊后热处理，要求焊缝及热影响区硬度HB≤200。
贫胺液管线焊缝经消除应力热处理后，抗氢脆及应力腐蚀性能能明显提高。
防止钢产生碱脆的方法
l 低碳钢中加入铝、钛（0.2～0.7％）、铌、钒、铬、稀土金属（0.2％以下）可以减弱甚至消除钢对碱脆的敏感性。
l 低碳钢在500℃以上进行保温热处理，可以显著降低钢在沸腾的34％NaOH溶液中的碱脆敏感性。
l 降低操作温度, 消除造成碱液浓缩的区域,减小金属所受的应力：
采用合理的水处理技术和采用合适的缓蚀剂等。
二、胺腐蚀开裂破坏
胺腐蚀开裂一般在使用烷醇胺水溶液从各种气体中或碳氢化合物液态流体中去除诸如H2S或CO2等酸性气体的胺处理装置中观察到。
裂纹主要发生在晶间，表现为网状细小的充满腐蚀物的裂纹。
胺腐蚀开裂最常见于乙醇胺（MEA）和二异丙醇胺（DIPA）装置中，其次出现在二乙醇胺（DEA）装置中。
在MEA溶液中，在开裂敏感性在15-35%浓度范围内较高。
开裂一般发生在强碱且含有很低浓度的酸性气体的贫液中,而不大可能在含有高浓度的酸性气体的富液中出现开裂。
在高温下，开裂敏感性一般较高，在低温下,发生在正常运行但有伴热或吹汽的设备和管道中。
三、硝酸盐腐蚀破裂
在氮肥及硝酸盐的工厂低碳钢在浓硝酸盐中的开裂或断裂的现象，叫作“硝酸盐脆化”，可简称为“硝脆”。
硝酸盐是一种氧化剂，发生如下的总反应：
10Fe+6NO3+3H2O—5Fe2O3+6OH+3N2
硝脆趋势随着下列顺序而增加:
NaNO3、KNO3、LiNO3、Ca（NO3）2及NH4NO3, 这些硝盐水解时pH下降而使硝脆趋势增加。
四、碳钢在氨液中的应力腐蚀破裂
碳钢常用来制造液氨储罐、氨水的储槽和运输容器等。
氨中的不纯物对钢的破裂有重大影响:
氨中溶解的空气（氧） 促进破裂, 水则是一种缓蚀剂。
对储氨容器, 在制造后进行消除应力处理, 可以把钢的应力腐蚀破裂危险性减到最小程度。
五、H2S 应力腐蚀破裂
油气中含有H2S 对钢产生腐蚀常常导致断裂事故。
称为硫化物应力腐蚀开裂。
破裂最敏感温度为20～50℃。
钢材焊接后的显微组织对硫化物应力腐蚀开裂影响很大。
马氏体组织最为敏感。
为消除马氏体组织的不利影响,焊后热处理非常重要,除高温回火处理外,还可采用长时间的低温回火,或进行二次回火。
也可降低其含碳量。
湿硫化氢环境引起的开裂的复杂性：
湿硫化氢环境引起的开裂四种形式各有特征，但在实际的湿硫化氢环境条件下，往往是多种形式共存。
在实际的失效分析工作中，上述开裂的四种形式中，更加带有危险性的开裂形式是SSCC和SOHIC。
因为它们是沿着承压容器和管道的壁厚方向扩展的，直接减少着承压容器和管道的承载能力。
六、盐溶液对钢的腐蚀
盐的电离增大了水的导电性，促进孔蚀。
铵盐和三价元素盐（如Cr3+、Fe3+）促进腐蚀作用最大。
NH4Cl 、NaCl、Na2SO4、KNO3 溶液与铁生成可溶性化合物使腐蚀加速；
AlCl3、MgCl2能水解生成游离酸,腐蚀钢铁。
当盐的正离子的正电性比铁强时，例如Cu2+等可与铁发生置换反应，使钢铁受到腐蚀。
氧化性盐类KSCrO4 ，KMnO4使钢铁钝化：
七、碳酸盐腐蚀破裂
在煤的裂解过程中，出现含有微量或少量H2S及CN—的碳酸盐的应力腐蚀。
这种碳酸盐引起的应力腐蚀与碱脆和硝脆一样，都是阳极溶解型。
（NH4）2CO3的水溶液有如下的平衡反应：
2（NH4）2CO3—NH4HCO3+NH2CO2NH4+NH3+H2O
2NH4HCO3—NH2CO2NH4+2H2O+CO2
所生成的氨基甲酸铵（NH2CO2NH4）便是液氨应力腐蚀试验的加速剂。
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