奥氏体不锈钢的应力腐蚀和防护措施

   在石油化工设备中，奥氏体不锈钢因其良好的热塑性和耐蚀性而得到广泛应用，但在某些介质条件下可能腐蚀破坏常见的有孔蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。应力腐蚀开裂是一种在没有预兆的情况下发生的腐蚀破坏形式，且破坏速度快破坏较为严重。由于脆性断裂的不可预见性，对化工设备的安全长周期运行构成严重的威胁。因此，研究奥氏体不锈钢应力腐蚀的成因，及对其采取有效的防护措施十分必要。

      1、应力腐烛的特征与机理

   奥氏体不锈钢是在特定腐蚀因素和拉应力共同作用下出现的腐蚀开裂，且开裂时的应力低于材料自身的强度极限，断口的宏观形貌表现为脆性断裂。一般认为在拉应力作用下附着在企金属材料表面的钝化膜破裂，形成蚀孔和裂紋源，将金属材料暴露在腐蚀环境中，在拉应力的反复作用下，新生成的钝化膜继续破裂，裂纹沿着拉应力的方向持续扩展，并且在裂纹尖端的闭塞区产生了氢，氢扩散到金属内部造成催化，在拉应力作用下出现脆性断裂。脆性裂纹不断地沿着纵深扩散，直至金属材料断裂破坏。

       2、应力腐蚀的影响因素

       2.1腐蚀介质

   对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀的介质较多，石油化工中较为常见的有以下几种：氯离子碱液、连多硫酸、硫化氢水溶液、硫酸根、硝酸根、氟离子水溶液等。氯离子造成的奥氏体不锈钢应力腐蚀的事故较多，氯离子应力腐蚀必须满足介质为中性环境且含有氧化剂或者溶解氧，应力腐蚀的速率随着氯离子浓度的增加而加快，当腐蚀介质处于50200℃发生应力腐蚀的倾向最大。碱液应力腐蚀同样需要在有氧条件下发生，碱液温度达到其沸点时将造成金属材料应力腐蚀开裂，应力腐蚀速率随着碱液浓度降低而减慢，当碱液浓度低于50%时，应力腐蚀几乎不再发生，连多硫酸多是在设备停工检修过程中潮湿环境下，金属表面上的硫化铁与空气中的氧和水发生而生成。当奥氏体不锈钢处于敏化状态下且存在拉应力时，金属材料接触连多硫酸后可能造成应力腐蚀。连多硫酸应力腐性还与pH值有关，当pH大于5时发生应力腐蚀的概率较小应力腐蚀随着pH值的降低而加速。

        2.2应力

   引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的应力主要来源于工作载荷设备加工过程中的残余应力、热应力和装配应力，其中，残余应力造成的破坏在应力腐蚀中与比最大，约占80%。而残余应力在设备的加工、安装过程中又是难以避免的，最为常见的有焊接残余应力、冷加工弯曲引起的残余应力、膨管引起的残余应力，残余应力越大越易造成应力腐蚀开裂。

      3 、防护措施

   奥氏体不钢钢应力腐蚀的三个必要因素为腐蚀介质、拉应力和金属材料，现由上述三个方面入手分析其防护措施。

      3.1改进加工工艺

   以固溶态交货的奥氏体不锈钢还应再做固溶稳定仇处理，来消除加工过程中形成的残余应力。坡口不允许热切割，应采用机械加工。选用合适的焊接工艺以保证热影响区受热均匀，必要时还应进行焊后热处理，减小焊接残余应力。保证金属表面光滑程度，避免切削痕迹。设计中要尽量避免缺口、尖角、小半径弯管等结构，最大限度的避免集中应力。

       3.2改善介质环境

   严格控制氯离子和氧的浓度，可采用蒸馏或者离子交换方式降低介质中的氯化物浓度，通过添加化学试剂或者机械鼓泡方式除氧，还应注意定期对奥氏体不锈钢设备进行清洗和除垢，以防止氯离子浓缩和吸附。停工检修时应及时采用充氮气的方法来隔绝空气和水与金属材料的接触，避免连多硫酸的产生。打开设备前应在设备表面进行充分的碱洗，去除可能已经生成的连多硫酸。

      3.3金属材料

   对于氯高子造度的应力蚀，可通过添加钼、镍等合金来提高材料的抗开裂性能，也可以通过喷丸处理人为的制造压应力，防止不锈钢敏化。对于式对硫酸造成的应力腐蚀，可选择对连多硫酸应力腐蚀开裂不属的材料，如低碳不锈钢或双相锅等。操作温度低于400℃时，可选用低碳不锈钢。对于碱液造成的应力腐蚀，可通过退火热处理来消除应力。