碳钢和低合金钢的氨脆及控制措施
2021-08-31 11:55:00
作者： 工业小南点 来源： 工业小南点
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碳钢和低合金钢的应力腐蚀
碳钢和低合金钢的氨脆
氨致SCC指碳钢、低合金钢在无水氨中，铜合金在湿的氨气氛中发生的SCC（Ammonia Stress Corrosion Cracking）[1]。
液氨分为3个等级，它们的含氨量分别为：农业用液氨含质量分数99.5%NH3、冷冻级含量99.95%NH3、冶金级含99.995% NH3，不论在哪个级别的液氨中，低碳钢和普通低合金钢都会产生SCC。
01 氨脆机理
液氨SCC为穿晶型。不论是在气相或液相中，除含NH3外，还必须同时含有O2和N2，只要缺任何一种，SCC均不能发生。
钢在液氨中的SCC机理如图4-125所示。在含氧的液氨中，钢表面吸附氧形成氧膜，使腐蚀电位Ecorr很正；当材料受拉力应变后，膜被破坏。暴露出的新鲜表面（滑移阶）与有氧膜的金属表面组成微电池，产生快速溶解。
在没有其它杂质存在时，O2能在裸露金属表面上再成膜，抑制SCC的产生。而当氨中同时溶有N2时，由于N2与O2在滑移阶上产生了“竞争吸附”，阻止部分裸露滑移阶的再钝化，从而增加钢的SCC敏感性。
图4-125 钢在液氨中的SCC机理
a.氧膜的择优形成；
b.在滑移阶上Fe溶解，O2又在滑移阶上吸附成膜；
c. N2与O2发生了竞争吸附，使滑移阶仍然保持活性。
02 氨脆影响因素
a.介质影响。
影响液氨SCC的主要介质因素是O2、N2和H2O的含量。氧的含量为0.9～9μg?g-1时可以导致开裂，有液氨中混有较多的氧，反而可抑制SCC；N2起着在滑移阶上与O2竞争吸附作用，无论浓度多大，对SCC都起促进作用。液氨中含水量大于1%，可以抑制SCC。
液氨温度的影响。在15～30℃范围内，100h以内断裂，且温度愈高，断裂时间愈短；低于10℃或高于30℃，500h不断；在0℃和-10℃，1000h也不断。
b.材料因素影响。
如图4-126所示，钢的抗拉强度愈高，断裂的敏感性愈高，经实验证明，抗拉强度应在588MPa以下，抗SCC性能好。材料硬度愈高，SCC的敏感性愈高；441～549MPa级的碳钢及588～784MPa级的普通低合金钢淬火后在300～400℃以上回火，都无液氨SCC的敏感性。
图4-126 材料的抗拉强度对液氨中断裂敏感性的影响
03 控制措施
a.选用抗拉强度低于588MPa的钢种；
b.充分回火（或退火），消除残余应力。回火温度300～400℃，退火温度600～650℃，对大型压力容器，需进行整体热处理（退火或回火）；
c.降低储存温度在10℃以下；
d.液氨中加入0.2%～1%水；
e.液氨中加入100μg?g-1的冷冻机油或5μg?g-1的菜籽油或10～50μg?g-1的硅油作为液氨SCC抑制剂。
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