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不锈钢压力容器腐蚀与对策探析

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摘要:碳析出是导致奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要原因。晶间腐蚀不会在金属表面留下破坏痕迹,金属依旧有光泽,但实际上,晶粒间的结合力正在不断下降,在冷弯作用下,金属表面极易产生裂缝,会对压力容器造成破坏。晶间腐蚀的隐蔽性与破坏力较强,造成的危害较为严重。奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀可采取有效的的预防与处理对策,如应用超低碳不锈钢;在热工艺实施后开展固溶处理;实施稳定化处理、均匀化处理;焊接中减少线能量输入;做好焊接控制。这些措施的运用,可大大降低奥氏体不锈钢压力容器出现晶间腐蚀问题的几率。

关键词:奥氏体不锈钢;压力容器;晶间腐蚀;预防对策

导致奥氏体不锈钢压力容器出现晶间腐蚀的原因是碳析出,会对整个压力容器的安全稳定运行造成巨大影响。奥氏体不锈钢压力容器一旦出现晶间腐蚀现象,整个结构不仅会出现早期失效情况,还会影响到钢材的正常使用,会造成生产事故,将给企业带来巨大的经济损失。

1造成奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的原因

奥氏体不锈钢在常温条件下溶解度较小,普遍控制在0.025%,但其中所蕴含的碳元素却是平均值的几倍,相应的碳元素可能是γ-Fe中的过饱和体。奥氏体不锈钢耐腐蚀的根本原因是其自身含有铬镍等元素,会对金属电极电位予以加强。当金属集体中的铬含量为11.7W时,处于阳极区域内的基体表面会逐渐生成一层具有致密性的氧化膜,即钝化膜。碳析出是导致奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要原因。不锈钢本身虽然不会出现晶间腐蚀问题,但经过固溶处理后的不锈钢金相组织会发生转变,形成单一奥氏体组织,并在这个过程中经过热成型工艺处理、焊接工艺处理,致使过饱和碳析出。但此时的碳析出已不再是单质形式,而是产生了一种全新的碳铬化合物。虽然阳极区受到钝化膜的影响,实际反应会遇到一定阻碍,但阳极电位会被大幅增加,而基体的电化学腐蚀反应会逐渐变慢。不锈钢的晶粒边界在300℃的高温环境下会析出铬、氮化铬以及碳化铬化合物,使不锈钢中的铬含量严重超出规定平均值,造成高铬相问题的出现。在晶界中,其含有的铬会大量减少,会出现贫铬区域,如果这类高铬相被析出,其他部位的铬势必会相应减少,而且铬原子大于碳原子,在加热过程缩短后,晶体的本位铬原子无法对贫铬区域进行补充与扩散。当接触到的介质具有晶间腐蚀能力时,贫铬区域的实际溶解速度就会大幅提升,而且晶粒本身属于钝化腐蚀,此时的贫铬区域又为活化腐蚀,直接造成了晶间腐蚀问题的出现。晶间腐蚀不会在金属表面留下破坏痕迹,金属依旧有光泽,但实际上,晶粒间的结合力正在不断下降,在冷弯作用下,金属表面极易产生裂缝,会对压力容器造成破坏。晶间腐蚀的隐蔽性与破坏力较强,造成的危害较为严重。

2奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的预防与处理对策

2.1应用超低碳不锈钢

碳析出是造成奥氏体不锈钢压力容器发生晶间腐蚀的主要原因。在选择钢材时,应优先选择碳含量相对较低的。因为碳含量较低,发生贫铬的可能性也相对较低。在工业生产过程中,超低碳不锈钢的使用十分广泛,钢材料中含碳量越低,需要的技术水平越高。

2.2热工艺实施后开展固溶处理

钢材料处于1100℃的高温环境下时,进行相应的保温处理后会发生急剧冷却。碳化铬在1100℃的高温环境下将得到充分溶解,在急剧冷却后会获得单一奥体镍铬合金,贫铬区就会消失。

2.3开展稳定化处理

对含有镍、钛的不锈钢而言,要想将钢材料中铬的碳化物进行完全溶解,应将钢材放在870℃的高温下进行加热,但钢材料中钛的碳化物仍无法完全被溶解。相对于稳定化元素铬而言,碳的亲和力更高。在加热过程中,碳化钛、碳化铌等物质会优先产生,而碳化铬不会出现,不会形成贫铬区,晶间腐蚀问题能够得到有效处理。

2.4开展均匀化处理

奥氏体不锈钢在870℃的高温环境下保持2h,晶粒内部所含铬会向着晶粒边界扩散,晶粒处的铬质量分数在恒温条件下会逐步恢复,达到12%以上时,晶界的贫铬区就会消失。

2.5焊接中减少线能量输入

焊接过程中,应尽可能减少线能量输入,这对减轻焊头敏感化程度有着十分重要的作用。在实际焊接过程中,小线能量、大焊缝、小电流都应尽可能减少对线能量的输入,以达到限制加热宽度,确保加热区实现急速冷却的根本目的。停留在敏化温度区域内的时间相对较短,也能有效避免晶间腐蚀问题的出现。如果条件允许,要最大限度降低停留时间,可采取水冷却措施。

2.6做好焊接控制

第一,对焊接缝的化学成分进行优化与调整,避免形成碳化铬。可通过添加钛元素等稳定化元素实现这一目标。第二,降低焊缝中的含碳量,避免形成铬碳化物,以此降低奥氏体不锈钢压力容器出现晶间腐蚀问题的几率。第三,控制在危险区域内的实际停留时间,避免出现过热现象。可采取快速焊接与冷却实现这一目标。在焊接过程中,后一条焊缝产生的热作用会对之前的焊缝产生影响,因此,双面焊缝与腐蚀介质之间的接触面焊接工作应放在最后。第四,奥氏体不锈钢中的碳量相对较低,不会产生淬硬问题。在焊接过程中,可以加快冷却速度,可采取浇水冷却以及将铜垫板放在焊件下的方式提升实际冷却速度。第五,在选择焊接工艺时,可多采用短弧、多道焊等形式,以降低晶间腐蚀问题的发生几率。第六,在焊接过程中,要控制好先后的焊接顺序,切不可重复焊接,会对焊接效果造成不良影响。

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作者:张小波 卫乐 李凤梅 单位:哈尔滨锅炉厂有限责任公司

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