應(yīng)力腐蝕的定義

應(yīng)力腐蝕是金屬材料在腐蝕性介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的一種破壞形式。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)，腐蝕和應(yīng)力這兩個(gè)因素相互促進(jìn)的，一方面腐蝕使金屬的有效截面積減小和表面上形成缺口，產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果是晶間腐蝕，則會(huì)使金屬晶粒之間的結(jié)合力降低;另一方面，應(yīng)力加速了腐蝕的進(jìn)展，使表面缺口向更深處(或沿晶間)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

壓力容器的應(yīng)力腐蝕

在應(yīng)力腐蝕中，如果應(yīng)力是交變的拉伸應(yīng)力，這種腐蝕叫做疲勞腐蝕。在疲勞腐蝕過程中，首先也是在表面形成腐蝕缺口引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋的策源點(diǎn)。在交變拉伸應(yīng)力的作用下，被破壞的保護(hù)膜無(wú)法再恢復(fù)，沉積在腐蝕坑底部的始終是處在活性狀態(tài)且構(gòu)成腐蝕電池的陽(yáng)極。這樣在腐蝕與交變應(yīng)力的共同作用下，裂紋不斷擴(kuò)散直至金屬材料最后斷裂。

壓力容器的腐蝕破裂都是應(yīng)力腐蝕，因?yàn)閴毫θ萜饕话愣汲惺茌^大的拉伸應(yīng)力，而它的結(jié)構(gòu)也常常難以避免地有程度不同的應(yīng)力集中處，如設(shè)備的開孔、焊縫等，且容器的工作介質(zhì)又常常是帶腐蝕性的。

幾種常見氣體中化學(xué)物質(zhì)的應(yīng)力腐蝕

1、液氨對(duì)鋼制容器的應(yīng)力腐蝕

液氨的儲(chǔ)存和運(yùn)輸大部分用碳鋼或低合金鋼制壓力容器。近年來國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生液氨儲(chǔ)罐破裂爆炸事故，事故分析表明，很多是由于應(yīng)力腐蝕造成的。另外，對(duì)未發(fā)生事故的液氨球罐進(jìn)行檢查，相繼發(fā)現(xiàn)了程度不同的數(shù)量很多的裂紋，這些裂紋大都分布在長(zhǎng)期處于液面下部的南極板與下溫帶組焊的周向焊縫上。

一般情況下，無(wú)水液氨只對(duì)鋼產(chǎn)生很輕微的均勻腐蝕。但液氨儲(chǔ)罐在充裝、排料及檢修過程中，容易受空氣的污染，空氣中的氧和二氧化碳則促進(jìn)氨對(duì)鋼的腐蝕。

反應(yīng)中的氨基甲酸氨對(duì)碳鋼有強(qiáng)烈的腐蝕作用，使鋼材表面的鈍化膜產(chǎn)生破裂，并在此產(chǎn)生陽(yáng)極型腐蝕。由于焊縫處殘余應(yīng)力較高，所以應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重。

許多資料表明，液氨球罐所用的鋼材強(qiáng)度越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大。此外，容器的工作溫度愈高、液氨中氧含量越高，其應(yīng)力腐蝕也越嚴(yán)重。

保護(hù)措施

1.焊接時(shí)，采取措施盡量消除殘余應(yīng)力。冷壓封頭必須經(jīng)過熱處理;

2.盡可能用低溫用鋼的低碳鋼來焊制液氨儲(chǔ)罐;

3.盡量保持較低的工作溫度;

4.減少空氣污染。

2、熱堿溶液對(duì)鋼制容器的應(yīng)力腐蝕

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(huì)對(duì)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。

一般主要是碳鋼在高溫下與水蒸氣產(chǎn)生,在這個(gè)反應(yīng)中，氫氧化鈉起著催化作用。

反應(yīng)生成的Fe3O4覆蓋在鋼的表面，形成一層保護(hù)膜。但可能由于過高的局部拉伸應(yīng)力會(huì)使局部區(qū)域的保護(hù)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(yáng)極，而裂紋周圍的保護(hù)層成為陰極，再加上拉伸應(yīng)力的作用，使裂紋迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

鋼的堿脆一般要同時(shí)具備3個(gè)條件，即高溫、高濃度堿和拉伸應(yīng)力。有人通過試驗(yàn)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(huì)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。

3、一氧化碳等引起的應(yīng)力腐蝕

近年來，國(guó)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(huì)在金屬表面形成一層保護(hù)膜，但在工業(yè)應(yīng)用的一氧化碳中會(huì)含有二氧化碳和水分。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(hù)層局部遭到破壞，從而會(huì)加速濕性二氧化碳對(duì)容器的腐蝕。

4、硫化氫等引起的應(yīng)力腐蝕

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(duì)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(jī)理還不十分清楚，有文獻(xiàn)認(rèn)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(kuò)散、聚集、使金屬變脆，在氫的作用下形成鼓泡和裂紋。在應(yīng)力因素方面，主要是焊接的殘余應(yīng)力。