導航：安全管理網>> 安全論文>> 冶金安全論文>>正文

TP321H不銹鋼氯離子應力腐蝕開裂分析

文檔作者：張明樂文檔來源：中國石化青島煉油化工有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月21日
下載地址：點擊這里	文件大小： 265.34 KB 共3頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共3頁]

本文件共3頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：265.34 KB 共3頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

上一篇：奧氏體不銹鋼U形換熱管局部固溶處理

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

第39卷第4期
2010年7月
石油化工設備
PETR()_CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．39 No．4
July 2010
文章編號：1000—7466(2010)04—0100—03
TP321 H不銹鋼氯離子應力腐蝕開裂分析
張明樂
(中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東青島 266500)
摘要：對加氫預處理熱高分儀表引壓管所發生穿透性裂紋進行了詳細分析，包括化學成分、金相組
織、斷口形貌觀察以及微區EDS能譜分析。結果表明，穿透性裂紋是由于不銹鋼氯離子應力腐蝕
所引起。
關鍵詞：TP321H不銹鋼；氯離子應力腐蝕；管件；開裂
中圖分類號：TG 172．9 文獻標志碼：B
Chloride—induced Stress Corrosion Cracking Analysis of TP32 1 H Stainless Steel Pipeline
ZHANG M ing-le
(Sinopec Qingdao Refining g>Chemical Co．Ltd．，Qingdao 266500，China)
Abstract：A TP321 H stainless steel pipeline with penetrated cracks was received by request of
failure analysis investigation，including chemical composition，metallurgical structure，the frac—
ture surface morphology and EDS energy spectrum analysis．The test indicated that penetrated
cracks were caused by chloride—induced stress corrosion cracking．
Key words：TP321H stainless steel chloride-induced stress corrosion cracking；pipeline；crack
石油化工行業中，奧氏體不銹鋼設備和管線的
應力腐蝕問題引起了普遍的關注ll】 ]。應力腐蝕開
裂的發生通常需要孕育期，且時間有長有短，短至幾
天，長至數年。應力腐蝕裂紋特征呈枯樹枝狀，大致
沿著垂直于拉伸應力的方向擴展，裂紋微觀形態有
穿晶型、沿晶型或者二者兼而有之。
對于化工設備而言，焊接、冷加工以及安裝時的
殘余應力均是應力的來源。對于奧氏體不銹鋼，引
發應力腐蝕開裂的是特定腐蝕性介質，主要包括
Na0H溶液、KOH溶液、NaOH+硫化物水溶液、含
Cl離子水溶液、F離子、Br離子、I離子、H S溶液、
高溫水及水溶液、260。C水蒸氣、海水、連多硫酸、二
氯乙烷、H。SO 、H。SO +氯化物等¨8]。
中國石化青島煉油化工有限責任公司加氫預處
理熱高分儀表的引壓管位于液位位置，開工后半年
發現有穿透性裂紋，引壓管更換后不到4個月的時
間內又發生了2次裂穿。引壓管材質TP321，外徑
2 mm，壁厚5．6 mm，接觸介質為蠟油加氫反應產
物，操作溫度260。C，操作壓力11．0 MPa。文中對
引壓管發生穿透性裂紋的情況進行了簡要分析。
1 裂紋檢驗分析
1．1 外觀檢查
引壓管外壁處泄漏點外觀檢查結果見圖1。圖
1可見，1 處為主裂紋，由內壁起源并形成穿透性裂
紋，長度約40 mm，總體上沿著管件軸向擴展，在裂
紋尖端轉向徑向擴展。2 為外壁上的孤立裂紋，處
于裂紋發展方向上，長度約為3 1Tim。
圖1 引壓管外壁宏觀可見裂紋示圖
收稿日期；2010—02—08
作者簡介：張明樂(1968一)，男，山東青島人，工程師，碩士，多年從事石油設備管理工作。
學兔兔 www.xuetutu.com
第4期 張明樂：TP321H 不銹鋼氯離子應力腐蝕開裂分析
1．2 化學成分測試
在泄漏引壓管管件上選取樣品1件，測試其化
學成分，結果見表1。從表1中可知，樣品管道的化
學成分滿足ASME SA一213對TP321的要求。
表1 泄漏引壓管管件化學成分(質量分數)
元素 C Si Mn P S Cr Ni Ti
測試值0．036 0．64 1．22 0．020 0．00]5 1 7．46 9．21 0．206
ASME≤O．08≤O．75≤2．004o．o4o4o．030 17．00 9．0O～ 5×C～
SA一2】3 ～20．00 】3．OO 0 O6
1．3 金相組織
泄漏部位管件橫截面金相組織見圖2。由圖2
中可見，裂紋貫穿整個管壁，呈現樹枝狀，既有主干，
也有分枝，裂紋呈現穿晶型。
(a)未浸蝕 (b)浸蝕
圖2 泄漏部位管件橫截面裂紋金相組織
1．4 主裂紋斷口分析
1．4．1 宏觀檢查
主裂紋斷口宏觀檢查結果如下：主裂紋斷口呈
現黑褐色，為陳舊性斷口；主裂紋對面的斷口截面上
觀察到黑褐色的陳舊性斷口形貌和白亮金屬顏色的
撕裂斷口形貌。同時由于人為打開外力的作用，該
管件內壁上許多陳舊性裂紋也張開。
1．4．2 微觀形貌
(1)人為打開斷口 對人為打開的斷口處采用場
發射掃描電鏡所得結果見圖3。由圖3可見，裂紋起
源于管件內壁多處，向管件外壁擴展。斷口上可清楚
地觀察到裂紋源區、裂紋擴展區和人為打開韌窩區，
且從管道內壁點蝕坑處啟裂。裂紋源形成后，呈扇形
向管道外壁擴展，且斷口上有大量的裂紋。
(2)內壁附近斷口 靠近內壁附近斷口微觀形
貌結果見圖4。由圖4可見，裂紋以穿晶形式擴展
并帶有分叉，微觀斷口形貌具有解理或準解理特征，
可觀察到大量的河流狀花樣、魚骨狀花樣以及撕裂
棱。斷口上可見二次裂紋，并覆蓋有大量腐蝕產物，
局部晶面上還可觀察到腐蝕坑的形貌。
(3)穿透性陳舊斷口 管件外壁宏觀可見的穿
透性陳舊性斷口微觀形貌結果見圖5。由圖5可
見，裂紋以穿晶形式擴展，微觀斷口形貌具有解理特
征，可觀察到大量的河流狀花樣，斷口上可見二次裂
紋，并覆蓋有大量腐蝕產物。
圖3 人為打開主裂紋微觀形貌 圖4 裂紋擴展部位微觀形貌 圖5 穿透性裂紋斷Ll微觀形貌
1．5 微區EDS能譜分析
為進一步明確斷口表面腐蝕結垢物化學成分，
分別對斷口裂紋源區部位和斷El擴展部位進行了微
區EDS化學成分分析，分析結果分別見表2和表3。
由表2可知，在斷口上探測到大量的C、O 以及
少量的AI、Si、Ca等。除此之外，還探測到大量的
P、S、cl等。由表3可知，在斷口上探測到大量的
c、O、Fe、cr、Ni等元素，除此之外，局部區域還有少
量的C1元素。其中，s 一質量分數最高值為5．13 ，
Cl一質量分數最高值為1．55 。
2 開裂斷口分析討論
2．1 不銹鋼應力腐蝕開裂的影響因素
氯離子不但能引起不銹鋼孔蝕，而且更容易引
起不銹鋼的應力腐蝕開裂。影響因素包括氯化物含
量、pH值、溫度、應力、氧的存在和合金成分等。發
生氯離子應力腐蝕開裂的臨界溫度為6O℃ ，干濕或
蒸汽和水的交替變換也會有助于開裂，臨界氯離子
濃度隨著溫度上升而減小，高溫情況下，氯離子質量
濃度只要達到1 mg／L，即能引起破裂。應力可以是
學兔兔 www.xuetutu.com
石u油化工設備 2010年第39卷
表2 兩個區域EDS能譜分析結果 ％
表3 4個區域EDS能譜分析結果(質量分數) ％
外加的，也可以是加工殘余應力 叫引。
2．2 HC1一H：S—H：O環境中不銹鋼的應力腐蝕開
裂
在HC1一H。s_H O環境中，化工設備典型的腐
蝕部位為常壓塔頂部5層塔盤、塔體、部分揮發線，
常壓塔頂冷凝冷卻系統(該部位腐蝕最為嚴重)，減
壓塔部分揮發線和冷卻系統，加氫精制裝置的不銹
鋼冷卻設備，甲醛裝置水冷卻器，聚酯裝置中泵冷卻
器以及維綸抽絲裝置中醛化液系統[1 。
一般氣相部位腐蝕較輕微，液相部位腐蝕嚴重，
尤以氣液兩相轉變部位即露點部位最為嚴重，影響
該部位的主要因素是原油中的鹽水解后生成HC1
引起的。不論原油含硫及酸值的高低，只要含有鹽，
就會引起不銹鋼的腐蝕。
本例中，該引壓管位于液位位置，屬于氣液兩相
轉變部位即露點部位，具有氯離子濃縮條件(反復蒸
干、潤濕)，為最易發生氯化物應力腐蝕的部位，并且
與1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼發生氯化物應力腐蝕
開裂的案例類似。
綜上所述，本例中引壓管開裂為氯離子誘發的
奧氏體不銹鋼應力腐蝕開裂。
3 結語
為了防止奧氏體不銹鋼的氯化物應力腐蝕開
裂，應當選用雙相不銹鋼或高鎳奧氏體鋼，如
SAF2205(0OCr22Ni5Mo3N)雙相不銹鋼，或是
00Cr20Ni25Mo4．5Cu。SAF2205鋼中加入了N元
素，提高了奧氏體不銹鋼的穩定性。
參考文獻：
[1] Wang Y，Lu Y B，Pan H L．Failure Analysis of a
Hydro—processing Reactor[J]． Eng． Fail． Ana1．，
2009，(16)：1l一18．
[2] Wang S．Conditions for Stress Corrosion Cracking tO
Occur from Crevice Corrosion Sites and Elated Elec—
trochemical Features Material and Corrosion EJ]．Ma—
ter．Corros．，2004，55：901-908．
[3] Kumar M S，Sujata M，Venkataswamy M A，et a1．
Failure Analysis of a Stainless Steel Pipeline EJ]．Eng．
Fail．Ana1．，2008，(15)：497-504；
E4] Shipilov S A． Solving Some Key Failure Analysis
Problems Using Advanced Methods for Materials Tes—
tingEJ]．Eng．Fail．Ana1．，2007，(14)：1550—1573．
I-5] 王忠慶．苯酐換熱器應力腐蝕開裂原因分析[J]．石油
化工設備，2009，38(1)：96—97．
E63 謝培軍，尚立蔚，鄧海燕，等．預熱器應力腐蝕開裂分析
及措施EJ]．石油化工設備，2009，38(增)：70—72．
E7] 羅純東．奧氏體不銹鋼爐體應力腐蝕破裂失效分析
[J]．石油化工設備，2007，36(1)：104—105．
[8] 柯 偉，楊 武．腐蝕科學技術的應用和失效案例
[M]．北京：化學工業出版社，2006．
[9] Das G，Chowdhury S G，Ray A K，et a1．Turbine
Blade Failure in a Thermal Power Plant[J]．Eng．
Fail．Ana1．，2003，(10)：85—91．
[1o]Tschiptschin A P，Azevedo C R F．Failure Analysis of
Turbo—blower Blades[J]．Engineering Failure Analy—
sis，2005，(12)：49-59．
[11]張振杰．奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂探討[J]．石油化
工腐蝕與防護，2006，(2)：58—60．
[121查麗文．奧氏體不銹鋼應力腐蝕產生原因分析FJ]．石
油和化工設備，2005，(4)：12—13．
[13]王非，林英．化工設備用鋼l-M]．北京：化學工業
出版社，2004．

網友評論 more

冶金安全論文最新內容

10-21