石化压力容器应力腐蚀试验

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。

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。

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。