堿對碳鋼的影響

1、幾種化學(xué)物質(zhì)對壓力容器的應(yīng)力腐蝕 2006-10-17 1:38:05 | By: rsjang      在較高溫度和一定濃度的氫氧化鈉溶液的特定環(huán)境下，熱堿溶液會對碳鋼或合金鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，這種現(xiàn)象俗稱堿脆或苛性堿脆化。     鋼堿脆的機理目前還沒有統(tǒng)一的認識。一般主伙是碳鋼在高溫下與水蒸氣產(chǎn)生如下的化學(xué)反應(yīng)：          在這個反應(yīng)中，氫氧化鈉起著催化作用，其過程是     

2、0;    反應(yīng)生成的Fe3O4覆蓋在鋼的表面，形成一層保護膜。但可能由于過高的局部拉伸應(yīng)力會使局部區(qū)域的保護膜遭到破壞；也可能由于氫氧化鈉在表面富集使Fe3O4被溶解；或由于這兩種情況的聯(lián)合作用，在金屬表面形成最初的腐蝕裂紋，氫氧化鈉富集在裂紋中，形成電化學(xué)腐蝕。裂紋的尖端區(qū)域成為陽極，而裂紋周圍的保護層成為陰極，再加上拉伸應(yīng)力的作用，使裂紋迅速擴展，最終導(dǎo)致斷裂。     鋼的堿脆一般要同時具備3個條件，即高溫、高濃度堿和拉伸應(yīng)力。有人通過試驗指出，濃度為10的氫氧化鈉溶液可以引起堿脆，而5的濃度則不能。但在壓力容器和鍋

3、爐中，局部地方常發(fā)生氫氧化鈉的富集現(xiàn)象，如鹽的沉積物或高溫下水分的蒸發(fā)，都會使局部的堿濃度增大。     堿脆常常發(fā)生在鍋爐的承壓部件中，鍋爐用水經(jīng)過處理后有可能含有過剩的堿，在局部地方如沉積物或多孔的氧化皮下面，鉚接或焊縫處，法蘭連接處等，容易使堿濃度增大，加上不均勻的拉伸應(yīng)力，使鍋爐發(fā)生堿脆破裂。 近年來，國內(nèi)外發(fā)生過多起一氧化碳和二氧化碳混合氣的容器（氣瓶）爆炸事故，這也是由應(yīng)力腐蝕而引起的腐蝕。     一氧化碳在通常情況下，被鐵吸收后，會在金屬表面形成一層保護膜，但在工業(yè)應(yīng)用的一氧化碳中會含有二

4、氧化碳和水分。由于容器或氣瓶反復(fù)多次充氣，器壁上的交變應(yīng)力，使這層保護層局部遭到破壞，從而會加速濕性二氧化碳對容器的腐蝕。在以原油、天然氣或煤為原料的煉油、石油化工及煤氣工業(yè)設(shè)備中，硫化氫的腐蝕是比較普遍的問題，其中尤以濕硫化氫對碳鋼及低合金鋼的應(yīng)力腐蝕最值的注意。     關(guān)于硫化氯應(yīng)力腐蝕的機理還不十分清楚，有文獻認為，濕的硫化氫與鐵元素產(chǎn)生如下反應(yīng)：           產(chǎn)生的氫原子向金屬內(nèi)部擴散、聚集、使金屬變脆，在氫的作用下形成鼓泡和裂紋。在應(yīng)力

5、因素方面，主要是焊接的殘余應(yīng)力。 在石油化工生產(chǎn)中，有一些容器的工作介質(zhì)是高溫高壓下的氫氣，如合成氨、熱裂化、酒精、加氫等生產(chǎn)裝置中的反應(yīng)器，這些設(shè)備如果設(shè)計、制造或使用不當(dāng)就有可能因氫腐蝕而導(dǎo)致破壞。這種氫腐蝕屬于化學(xué)腐蝕，因為在發(fā)生氫脆破壞的氨合成塔的破裂處，取樣分析證實，鋼的金相組織為脫碳的鐵素體。     1.鋼的氫脆是否發(fā)生，主要決定于氫的壓力、溫度、作用時間和鋼的化學(xué)成分。氫氣壓力越高、溫度越高、溫度越高、碳鋼的脫碳層就越深，發(fā)生氫脆斷裂的時間也越快，其中溫度影響最大。在較高溫度下（例如>700），即使氫的壓力只有0.1MPa

6、，碳鋼也會發(fā)生氫脆；如果溫度較低（例如<200），氫的壓力為100MPa，也難以產(chǎn)生氫脆。     2.鋼中碳與合金的含量對氫脆的影響也很大。碳含量越高，在相同的條件下，就越容易發(fā)生氫脆。如果在鋼中添加有鉻、鈦、釩等元素，則因這些元素能形成穩(wěn)定的碳化物，使氫不能與鋼中的碳相互作用生成甲烷，因而可能阻止鋼的氫脆。     3.氫不僅可以在高壓的作用條件下進入鋼內(nèi)，在煉鋼、焊接等加工過程中，如果有水蒸氣存在，氫也可能進入鋼內(nèi)。因為在高溫下，水按下列反應(yīng)被還原為氫：    &

7、#160;    這些氫隨即溶解在液態(tài)金屬中，它同樣可以使鋼發(fā)生氫脆。     在用奧氏體不銹鋼制造的壓力容器中，如果有氯化物溶液存在，也會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。這是由于溶液中的氯離子使不銹鋼表面的鈍化膜受到破壞，在拉伸應(yīng)力的作用下，鈍化膜被破壞的區(qū)域就會產(chǎn)生裂紋，成為腐蝕電池的陽極區(qū)，連續(xù)不斷的電化學(xué)腐蝕最終可能導(dǎo)致金屬的斷裂。     這種腐蝕與氯離子的濃度關(guān)系不大，即使是微量的氯離子，也可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。在實際生產(chǎn)中，有些設(shè)備并不是在正常操作條件下被腐蝕破壞的，而是在停車期間由于殘留在容器中低濃度（5）的氯化物冷凝液，產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕裂紋。也有因用含氯離子濃度較高的水進行耐壓試驗，結(jié)果殘留在容器