壓力容器是內部或者外部承受氣體或液體壓力的密封容器,它對安全效能要求非常高。壓力容器大部分為圓柱形,也有部分壓力容器是球形。圓柱形壓力容器一般是由筒體、封頭、接管、法蘭等零部件組成的,如果壓力容器工作在壓力較高的場合,那麼筒體的壁就應該越厚。壓力容器是工業生產中常用的一種裝置,在石油、化工、冶金、食品、製藥、煤氣運輸、重型機械、核電站以及海洋開發等領域得到越來越廣泛的應用。因此,研究壓力容器的應力腐蝕及防護策略,具有十分重要的現實意義。

應力腐蝕斷裂是一種特殊的斷裂方式,具體是指敏感金屬或合金在拉應力和腐蝕介質的共同作用下發生的,是壓力容器最危險的損傷之一,因此,研究壓力容器應力腐蝕的影響因素以及防護策略,對確保壓力容器安全工作具有十分重要的現實意義。

1 壓力容器應力腐蝕的影響因素

1.1 力學因素

壓力容器承受的拉應力主要有負載應力和殘餘應力兩種,殘餘應力包括焊接產生的殘餘應力、金屬冷加工變形產生的殘餘拉應力和結構設計不合理產生的應力集中等。當壓力容器所受的拉應力超過臨界應力時就會發生應力腐蝕斷裂。

1.2 環境因素

溫度、介質中某些成分的濃度、pH值以及溶解氧等都對金屬或合金的應力腐蝕斷裂敏感性產生不同程度的影響。如果特徵介質濃度越大,越容易引起應力腐蝕斷裂。只有特定的材料在拉伸應力和一定環境的共同作用下,才會發生應力腐蝕斷裂。另外,溶液的溫度對應力腐蝕斷裂也有影響,一般來說,溫度越高,越容易發生應力腐蝕斷裂。

1.3 冶金因素

冶金因素中主要包括合金元素、金相組織、夾雜物的含量和偏析和熱處理等方面。

(1)合金元素的影響。在相同的腐蝕環境裡不同的金屬一般具有不同的應力腐蝕敏感性,而同一種金屬在不同的腐蝕環境裡也有著不同的應力腐蝕敏感性。金屬在合金中佔的比例不同,合金的應力腐蝕敏感性也就會隨之比例的不同而發生變化。金屬和腐蝕環境的最佳組合,可以有效地避免或降低應力腐蝕發生的概率。

應力腐蝕是指零件在拉應力和特定的化學介質聯合作用下所產生的低應力脆性斷裂現象。 應力腐蝕由殘餘或外加應力導致的應變和腐蝕聯合作用產生的材料破壞過程。應力腐蝕導致材料的斷裂稱為應力腐蝕斷裂。它的發生一般有以下四個特徵：一、一般存在拉應力，但實驗發現壓應力有時也會產生應力腐蝕。二、對於裂紋擴充套件速率，應力腐蝕存在臨界KISCC，即臨界應力強度因子要大於KISCC，裂紋才會擴充套件。三、一般應力腐蝕都屬於脆性斷裂。四、應力腐蝕的裂紋擴充套件速率一般為10- 6～10-3 mm/min，而且存在孕育期，擴充套件區和瞬斷區。從上面可以看出：應力腐蝕的特點：1、腐蝕伴隨著裂紋產生 2、裂紋是所有缺陷中最危險的缺陷，各種無損檢測標準中對於裂紋的處理是非常嚴格的 3、應力腐蝕斷裂，常在無明顯預兆的情況下突然發生，故其危害性極大。