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石化压力容器应力腐蚀试验

发布时间:2022-06-09 访问量:167次 来源:隐石检测

压力容器被广泛用于多个行业,其制造、加工涉及到多项专业技术,例如冶金、机械加工等,具有综合性特点。压力容器在生产中发挥着着不可忽视的作用,是制造水平的重要体现。石油化工产业具有特殊性,对压力容器材质提出了较高的要求,保证较好耐腐蚀性能。腐蚀介质的种类比较多,再受到工艺条件影响,介质的腐蚀性呈现出明显差异。对于石油化工的压力容器而言,在选材时要慎重考虑,除了满足力学性能要求外,还要有耐腐蚀性,才能投入到生产使用中去。


压力容器


一、试验材料与方法


试验材料选择A型不锈钢压力容器,采用等离子发射光谱法对其中所含化学成分的质量分数w(%)进行测定。常温力学性能为:抗拉强度658MPa,屈服强度275MPa,断后伸长率60%。

对压力容器用A型不锈钢进行SSC应力腐蚀试验,需要对多项工艺参数进行控制,例如腐蚀溶液温度、介质浓度等,确保满足试验要求。试验仪器采用国外公司生产的试验机,按照ASTM标准进行。碱性腐蚀介质为氢氧化钠和去离子水配置而成。试验腐蚀介质温度分别是200℃、250℃及280℃,腐蚀介质浓度为2%和5%,在试验之前要测定腐蚀介质的pH值并详细记录下来。为了对钢制压力容器的金相组织进行观察,需要使用到显微镜。


二、实验结果与分析


块状试样要沿着纵向截取压力容器,之后进行打磨、机械抛光处理,运用三氯化铁溶液腐蚀,完成后放在金相显微镜下观察。通过观察可以发现,压力容器成品的金相组织中晶界比较明显,晶粒内部几乎不存在碳化物颗粒,这种状态下的压力容器经过了固溶处理,可以在局部放大区域看到,在晶界处的碳化物有的呈现出断续分布状态,晶内的少数黑色颗粒可能是在时效过程中析出的第二相,还有可能是没有彻底固溶的颗粒,晶界的第二相会影响到压力容器的腐蚀性能。


绘制出A型压力容器在不同腐蚀条件下的应力-断后伸长率曲线,对曲线进行观察发现,当腐蚀介质温度升高时,试样的最大应力值和此时对应的断后伸长率的值都有所降低。温度在200℃时,试样的最大抗拉强度是450MPa,断后伸长率为35%;温度在250℃时,试样的最大抗拉强度是410MPa,断后伸长率为30%;温度在280℃,试样的最大抗拉强度是375MPa,断后伸长率为36%。对曲线进行分析,当腐蚀介质浓度增加,试样的抗拉强度增加但断后伸长率降低。腐蚀介质浓度为2%时,试样的最大抗拉强度是375MPa,断后伸长率为27.5%;腐蚀介质浓度为5%时,试样的最大抗拉强度是400MPa,断后伸长率为15%。可以得到一个结论,温度和腐蚀介质浓度是影响压力容器的应力腐蚀性能的主要因素,当发生变化时,应力腐蚀性能也会发生变化。


应力腐蚀试验


观察不同腐蚀环境下压力容器的应力腐蚀断口形貌。


第一种腐蚀条件是2%氢氧化钠溶液,温度为200℃下的断口形貌,在低倍形貌中可以看到试样有一定程度的缩颈,在局部高倍显微组织中可以看到韧窝和撕裂棱,还有一定数量的解理台阶,受到腐蚀介质侵蚀的影响,在比较小的围观区域还可以看到小的二次显微裂纹。


第二种腐蚀条件是2%氢氧化钠溶液,温度为250℃下的断口形貌,在低倍形貌中可以看到试样断口的缩颈特征消失,出现了比较平整的断口,说明塑性有所降低,在高倍组织中能看到一定数量的韧窝组织,这种韧窝是比较浅的,还存在尺寸较大的河流状解理面,具有准确理断裂的特点,局部区域还有穿晶的二次显微裂纹。


第三种腐蚀条件是2%氢氧化钠溶液,温度为280℃下的断口形貌,对低倍形貌进行观察没有发现缩颈特征,宏观断口是比较平整的。在高倍组织中可以看到大小不等、深浅不一的韧窝组织,局部出现了较大的显微孔洞。除此之外,某些区域还有冰糖状的脆性断口特征,还有河流状解理台阶,这时的裂纹是穿晶断裂,会堆积些腐蚀产物。在这种腐蚀条件下,A型压力容器会有明显的腐蚀,这是典型的应力腐蚀开裂特征。

第四种腐蚀条件是5%氢氧化钠溶液,温度为280℃下的断口形貌,观察低倍形貌未发现缩颈,断口有被腐蚀的情况,而且局部有明显脱落,产生了腐蚀台阶。在高倍组织中能够发现断口中没有韧窝,解理面和解理台阶都是比较明显的,这是典型的脆性断裂特征。局部高倍组织中存在穿晶的沿晶裂纹,在这种情况下,断裂面已经受到了腐蚀。


将第一种和第四种的压力容器断口形貌进行对比,可以发现随着温度升高,试样腐蚀情况会变得更加严重,断裂慢慢从韧性断裂变成了脆性断裂,温度越高,腐蚀开裂越大,特别是温度在280℃

时,已经出现了比较严重的应力腐蚀,腐蚀介质浓度也会影响到应力腐蚀开裂,在其他条件不变的情况下,增加腐蚀介质浓度,会让腐蚀开裂速度加快。

三、结论

当腐蚀介质温度升高时,试样的最大应力值和对应的断后伸长率值都会下降;当腐蚀介质浓度增加时,试样的抗拉强度增加而断后伸长率降低。在温度升高、腐蚀介质浓度增加的情况下,压力容器断裂时间会变短。当腐蚀温度升高时,试样的腐蚀倾向会变大,试样的断裂慢慢从韧性断裂变成脆性断裂,随着温度升高,腐蚀开裂倾向就越大,当温度280℃时,应力腐蚀情况较为严重。


相关标签: 金属腐蚀检测 , 应力腐蚀检测

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