螺盛盾| 碳鋼和低合金鋼的碳酸鹽應力腐蝕

發布人：screwdun 發布時間：2018/12/3 11:50:14 次瀏覽

碳酸鹽腐蝕開裂是金屬在含碳酸鹽介質系統中,拉應力與腐蝕共同作用的結果,屬于一種堿 SCC ( ASCC )。碳酸鹽溶液一直被認為是碳鋼和低合金鋼產生 SCC的敏感環境。

煉油廠催化裂化裝置主分餾塔塔頂冷凝回流系統、下游濕氣壓縮系統和從這些工段流出的酸水系統中普遍存在碳酸鹽腐蝕開裂,也在制氫裝置的碳酸鉀、下汽化器和 CO₂ 去除設施的設備管線發生。

煤的裂解,出現含有微量或少量 H₂S和 CN^-可引起碳酸鹽的 SCC ;儲存和輸運高中壓的CO₂ 的壓力容器或設備也發現有 SCC ,地熱水中含有高濃度的碳酸鹽,利用地熱水的壓力容器也會出現由碳酸鹽引起的 SCC 問題。

碳酸鹽SCC機理

碳酸鹽溶液引起的 SCC 與堿脆、硝脆一樣,經研究表明,低碳鋼在熱濃碳酸鹽溶液中的 SCC 都是沿晶的陽極溶解型。金屬材料所承受的拉應力有助于破壞金屬表面保護膜,使裂紋尖端處于活化區,造成裂紋的擴展,最終形成 SCC 。

研究表明,裂紋發生在一個狹窄的電位范圍內,此電位依賴于介質的成分。如上圖所示,在恒應變速率條件下 C 質量分數 0.08% 鋼在 70℃、 1mol·L^-1 ( NH₄)₂CO₃ 溶液中恒應變速率下斷面收縮率-電位的關系,圖中斷面收縮率的“谷區”即出現 SCC 敏感的區域,其電位區為 -475~-625mV ( vs.SCE ),最低的斷面收縮率對應的電位為 -550mV(vs.SCE ),這個 SCC 敏感的電位區正是下圖中動電位的陽極極化曲線上不穩定鈍化的電位區,即活化-鈍化轉變的電位區,這與堿脆和硝脆情況相似。

在( NH₄)₂CO₃的水溶液中有如下的平衡反應:

所生成的氨基甲酸銨是液氨SCC 試驗的加速劑,系統中水愈多,則所生成的酸性鹽愈多,這兩種關系使碳酸鹽中的 SCC 與液氨的 SCC 有關,而與硝脆更相似。

有研究發現,碳鋼開裂及類型的電位范圍與溶液的pH值有一一對應關系,而pH值又取決于溶液中 Na₂CO₃ 、 NaHCO₃ 以及 CO₂ 的量,即表明在一定的碳酸鹽溶液中,只有系統處于它的 SCC 敏感電位區間內才會發生 SCC 。

總體而言, Q345R 和 14Cr1MoR 兩種材料在單一的碳酸鹽溶液中 SCC 敏感性較低,溫度的影響不如碳酸鹽介質的影響大。 Q345R 材料在 90℃ 下 80g·L^-1的 NaHCO₃溶液中,表面出現許多蝕孔,能譜顯示成分接近鋼材本體,表面無腐蝕產物膜存在,初步認為表面發生了較為嚴重的 Fe 的溶解,在該溶液條件下發生了以下反應:

Q345R 材料在 90℃ 下 455g·L^-1的 Na₂CO₃溶液中,表面形成了較厚的表面膜,而通過表面膜的能譜分析,表面膜中含有 C 、 O 、 Na 、 Si 和 Fe 元素,初步認為表面膜主要是Na₂CO₃晶體、 Si 的化合物和 Fe 的化合物為主,以 Fe 的化合物最少,可能發生以下反應:

對于455g·L^-1的Na₂CO₃溶液中的試樣,由于產生了致密的表面膜,阻礙了介質與試樣基體的接觸,所以不會開裂。

上一篇：2018-華南國際鈑金展（Metal+Tech）-正式開幕下一篇：螺盛盾| 緊固件釘子—在木結構建筑中連接形式