承压设备典型材料应变腐蚀损伤研究.pdf

中国质量监管2 0 2 4 年第2 期|理论探索承压设备典型材料应变腐蚀损伤研究于淼摘要：伴随工业技术的持续发展，各行业对压力设备性能的要求越来越高。承压设备材料作为影响设备性能的主要因素，合理选择材料是延长设备使用寿命的重要措施。应变腐蚀损伤作为承压设备常见损伤类型，本研究主要探讨承压设备典型材料应变腐蚀损伤，为相关领域提供参考。关键词：应变腐蚀损伤；材料；承压设备承压设备是化工、石油、能源等行业中至关重要的设施，其材料的腐蚀损伤直接影响设备的安全运行。在实际工作条件下，承压设备材料会受到各种力学应变的影响，而应变条件对材料的腐蚀行为具有重要影响，目前对于应变条件下材料腐蚀损伤的研究尚有局限。因此，有必要开展对承压设备典型材料在应变条件下腐蚀损伤的系统研究，以期为提升承压设备材料的耐应力腐蚀性能提供科学依据。一、承压设备典型材料应变腐蚀损伤机理承压设备典型材料应变腐蚀损伤是一个复杂的过程，涉及力学应变和腐蚀作用之间的相互作用。应变会导致材料表面的局部变形和应力集中，促使腐蚀介质在局部区域出现更高的浓度，从而引发局部腐蚀。局部腐蚀通常以腐蚀坑或腐蚀纹等形式表现。在应变作用下，材料内部的应力场会发生变化，特别是当介质存在腐蚀性能时。应力腐蚀开裂是一种由于应力和腐蚀共同作用下的裂纹扩展引起的损伤形式。腐蚀介质可以渗透到裂纹尖端，并加速裂纹的扩展。应变也会导致材料的塑性变形能力降低，使其变得更具脆性。在腐蚀介质的存在下，脆性断裂更容易发生。应变条件下的电化学反应也可能对材料的腐蚀损伤产生影响。例如，在应变作用下，金属表面的电位可能发生变化，进而改变了其与腐蚀介质之间的电化学反应速率。承压设备典型材料应变腐蚀损伤是十分严重的损伤类型，其会导致材料的强度和韧性下降，进而减弱承压设备的结构强度。应变腐蚀损伤会导致材料强度和韧性下降的基本原理为当材料受到应力和腐蚀介质的作用时，会发生腐蚀和变形的耦合作用。这种作用会使得材料的晶体结构发生改变，位错密度增加，产生微裂纹和孔洞，从而导致材料的强度和韧性下降。此外，腐蚀介质的作用会加速材料的氧化和腐蚀过程，进一步削弱材料的力学性能。因此，为了防止应变腐蚀损伤对材料性能的影响，需要采取有效的防护措施，例如表面涂层、电化学保护等。同时，对于已经发生损伤的材料，应及时进行修复和更换，避免对设备的安全运行造成影响。当设备材料出现应变腐蚀损伤时，设备在工作过程中受到应力集中，增加了设备发生破裂或泄漏的风险，从而导致严重的事故，危及人员生命安全以及环境的健康。此外,腐蚀损伤可能导致设备的寿命缩短，需要更频繁地进行维护或更换。设备的故障或泄漏引起的停工时间会给企业带来生产中断和经济损失。如果承压设备发生泄漏，还会导致有害物质泄漏到周围环境中，造成土壤、水源和空气的污染，给生态系统和生物多样性造成潜在危害。因此，对承压设备材料应变腐蚀损伤进行有效预防至关重要。承压设备典型材料应变腐蚀损伤预防措施78本版责编/苟明（一）不锈钢材料应变腐蚀损伤的预防不锈钢通常用于制造耐腐蚀的设备和管道，但在特定工作环境下，仍然可能受到应变腐蚀的影响。在应变作用下，不锈钢可能会因为介质的存在而发生应力腐蚀开裂。当应力和腐蚀共同作用时，不锈钢的抗裂纹扩展能力降低，导致裂纹逐渐扩展并最终引发断裂 2。在交变应力作用下，不锈钢材料容易受到腐蚀疲劳的影响。腐蚀疲劳是指在介质存在的情况下，金属材料在应力作用下发生疲劳开裂的现象。为了预防应变腐蚀损伤，需根据工作环境和介质的特点，选择具有良好耐腐蚀性能的不锈钢材料，其中常用的不锈钢材料包括316 不锈钢、317 不锈钢等。在设备设计中，需避免或减小应力集中，合理设计设备结构和工艺流程，减少应变作用对材料的影响。同时采取有效的腐蚀防护措施，可以通过涂层保护、合金添加等手段提高不锈钢材料的抗腐蚀能力，确保设备的安全运行。（二）镍基合金材料应变腐蚀损伤的预防镍基合金是一种在高温、腐蚀和强度要求较高的环境中被广泛应用的材料，常运用在炼油、化工、航空航天等领域。在承压设备中，镍基合金通常用于制造高温高压容器、管道和阀门等部件。镍基合金在高温高压条件下，由于工作介质和应力的影响，容易发生应力腐蚀开裂。特别是在氯离子环境中，镍基合金的抗应力腐蚀能力相对较差，容易受到环境应力的影响而发生开裂 3。在承压设备典型材料选择中，需根据工作环境和介质的特点，选择Hastelloy系列、Inconel系列等具有良好耐腐蚀性能的镍基合金，同时结合阳极保护手段为镍基合金提供一个相对适宜的工作环境，增强镍基合金的抗应变腐蚀能力。（三）铝合金材料应变腐蚀损伤的预防在承压设备中，铝合金通常用于制造轻型容器和管道。应变腐蚀是一种特殊形式的腐蚀，其在材料受到应力和腐蚀性环境共同作用时产生。当铝合金处于受应力影响的环境中，并且同时暴露于腐蚀性介质（如氯化物、碱性溶液）时，就容易发生应力腐蚀开裂。这种损伤形式可能会在承压设备的应力集中区域产生裂纹，导致器件失效。在受到交变载荷或振动的情况下，铝合金可能因为腐蚀而发生疲劳开裂。这种情况经常发生在承压设备中频繁受力的部位，比如焊缝附近或是受到流体冲刷的区域(4。因此，若承压设备选用铝合金作为材料，需在设备使用期间定期检测及维护，一旦发现裂纹或缺陷在第一时间处理，避免腐蚀的进一步恶化。其中定期检测主要是对设备的外观、结构、密封性能等进行检查，及时发现并处理存在的隐患。而维护则包括清洗、润滑、更换磨损件等，以保持设备的良好运转状态。同时，还需要对设备的操作人员进行培训，使其能够正确操作和维护设备，避免因操作不当造成设备损坏或安全事故。选用铝合金作为承压设备的材料时，必须重视定期检测及维护工作，确保设备的安全、稳定运行。此外，在铝合金加工阶段，需避免材料遭受过大的应力，同时适当降低材料的表现粗糙度，避免材料表面出现缺陷或晶界的情况，以此降低应变腐蚀对铝合金材料的影响，达到延长承压设备使用寿命的目的。三、结语综上所述，承压设备应变腐蚀损伤是极为严重的损伤形式，其常见于不锈钢、铝合金等材料中。虽然不同类型材料应变腐蚀损伤机理存在巨大差异，但可从材料选择、材料加工等角度提升材料性能随着工业技术的持续发展，承压设备典型材料应变腐蚀损伤的研究将更加深人，从而生产出更加满足工业生产及人们日常生活所需的承压设备。作者单位：本溪市特种设备监督检验所参考文献：1孙力顺，白正官，宋海鹏.预腐蚀7 0 5 0-T7651铝合金裂纹扩展行为 有色金属工程,2 0 2 2,12(8):39-4 5+8 7.2田永强,何石磊,显利宁等.APIJ55套管腐蚀损伤剩余强度研究 焊管,2 0 2 1,4 4(6):6 1-6 8.3李佶敏，任克亮，纪华等.基于光滑点插值的腐蚀损伤结构应力分析方法.兵器材料科学与工程，2 0 2 1.4 4(2):2 8-32.4韩恩厚.核电高温高压水中材料腐蚀关键测试技术 1.中国材料进展,2 0 2 0,39(Z1):519-526+557.79