隨著奧氏體不銹鋼材料在承壓設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，由氯離子引起的應(yīng)力腐蝕開裂事故頻繁發(fā)生。因應(yīng)力腐蝕開裂（SCC)引起的斷裂屬于低應(yīng)力脆性破壞，常在設(shè)備沒(méi)有任何先兆的情況下造成災(zāi)難性后果，嚴(yán)重威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。受環(huán)境、應(yīng)力以及材料等因素的影響，應(yīng)力腐蝕機(jī)理和過(guò)程頗為復(fù)雜，應(yīng)力腐蝕失效具有很大的不確定性，雖然研究人員已對(duì)應(yīng)力腐蝕機(jī)理、影響因素以及裂紋擴(kuò)展等進(jìn)行了大量研究，但仍有許多問(wèn)題需要解決。為了進(jìn)一步加深對(duì)奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕失效過(guò)程的認(rèn)識(shí)，筆者針對(duì)應(yīng)力腐蝕的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開研究，主要包括：應(yīng)力腐蝕影響因素、點(diǎn)蝕的形成、裂紋的萌生和擴(kuò)展、失效概率。弄清這些問(wèn)題，有助于為防范設(shè)備的應(yīng)力腐蝕失效采取針對(duì)性的措施。
浙江至德鋼業(yè)有限公司對(duì)應(yīng)力腐蝕影響因素、點(diǎn)蝕坑的產(chǎn)生及隨機(jī)性、裂紋的萌生及擴(kuò)展、應(yīng)力腐蝕失效概率等問(wèn)題開展了研究，獲得了介質(zhì)壓力對(duì)力腐蝕的影響規(guī)律，提出了點(diǎn)蝕萌生的判據(jù)，解釋了多數(shù)裂紋萌生于坑口或坑肩的主要原因，列舉了不銹鋼設(shè)備和管道失效分析案例。通過(guò)筆者的研究，能夠促進(jìn)應(yīng)力腐蝕理論和風(fēng)險(xiǎn)分析理論的完善和發(fā)展，對(duì)保障奧氏體不銹鋼設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。至德鋼業(yè)致力于化工設(shè)備可靠性分析研究，近年來(lái)，一直從事該領(lǐng)域的研究?；ぱb備多屬于壓力容器，處于高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)中，因設(shè)備失效而引發(fā)的災(zāi)難性事故時(shí)有發(fā)生，為引起科研人員、企業(yè)技術(shù)人員的足夠重視，筆者將近年來(lái)的最新研究成果與大家分享，希望在提高化工裝備可靠性方面貢獻(xiàn)一份力量。本書以設(shè)備可靠性分析領(lǐng)域的研究人員為主要讀者，也可供高校相關(guān)專業(yè)科研人員、化工企業(yè)裝備工程技術(shù)人員參考。
金屬腐蝕遍及生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在石油煉制、石油化工、煤化工、鹽化工、冶金、核能等行業(yè)尤為突出。金屬腐蝕不但引起資源浪費(fèi)、環(huán)境污染，還嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。特別是壓力容器和管道等承壓設(shè)備，往往處于高溫、高壓環(huán)境，內(nèi)部介質(zhì)具有易燃、易爆、有毒、強(qiáng)腐蝕性等特點(diǎn)，設(shè)備一旦發(fā)生破壞，將引起介質(zhì)泄漏，進(jìn)而引起中毒、火災(zāi)或爆炸等事故，嚴(yán)重影響人民財(cái)產(chǎn)和生命安全。為解決各種腐蝕問(wèn)題，一方面要采取防腐蝕措施，另一方面則要使用大量的耐腐蝕性材料。其中，不銹鋼因具有良好的耐腐蝕性而被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，我國(guó)不銹鋼消費(fèi)量不斷提高，2014年國(guó)內(nèi)不銹鋼表觀消費(fèi)量達(dá)到1606萬(wàn)噸,據(jù)中國(guó)特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)不銹鋼的產(chǎn)量和表觀消費(fèi)量分別達(dá)到2940萬(wàn)噸、2405萬(wàn)噸。
在各類不銹鋼材料中，由于奧氏體不銹鋼具有全面的、良好的綜合性能，其使用量約占整個(gè)不銹鋼產(chǎn)量的65%~70%。然而，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性是相對(duì)的，例如，奧氏體不銹鋼對(duì)氯離子具有高度的敏感性，一定條件下，微量氯離子就能夠引起應(yīng)力腐蝕開裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)力腐蝕失效在不銹鋼承壓設(shè)備各種腐蝕失效模式中所占比例達(dá)到了55%。
奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的普遍性，一方面源于奧氏體不銹鋼材料使用的日益廣泛，另一方面源于氯離子的廣泛存在。工業(yè)用水、保溫材料、催化劑等都是氯離子的來(lái)源，雖然有時(shí)這些環(huán)境中氯離子濃度非常小，但微量的氯離子常會(huì)在某個(gè)部位富集。因此，即使在嚴(yán)格的預(yù)防措施下，奧氏體不銹鋼在氯離子環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕失效事故仍然頻繁發(fā)生。應(yīng)力腐蝕斷裂屬于低應(yīng)力脆性斷裂，裂紋具有很大的隱蔽性。應(yīng)力腐蝕開裂通常集中于尿素合成塔襯里背面、廢熱鍋爐的爐管、蒸汽分配器、冷凝水收集器、蒸汽發(fā)生器、乙烯裝置稀釋蒸汽發(fā)生器等設(shè)備，由于應(yīng)力腐蝕失效造成的后果小則停產(chǎn)維修或設(shè)備報(bào)廢，大則引起泄漏、爆炸等嚴(yán)重事故。在API 581 中，氯化物應(yīng)力腐蝕開裂最高敏感性的嚴(yán)重性指數(shù)居各類應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)之首。
應(yīng)力腐蝕是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，影響因素眾多，裂紋一旦形成則難以控制，設(shè)備的安全運(yùn)行得不到保障，嚴(yán)重威脅企業(yè)的正常生產(chǎn)。雖然人們已對(duì)奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕做了大量研究，但是對(duì)應(yīng)力腐蝕機(jī)理以及過(guò)程的認(rèn)識(shí)還不夠充分，對(duì)影響因素考慮還不周全，從而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕失效分析具有很大的不確定性。同時(shí)，應(yīng)力腐蝕失效概率分析是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要組成部分。2009年頒布的 TSGD0001-2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道》首次規(guī)定在定期檢驗(yàn)中可以按照基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)（RBI)的結(jié)果確定檢驗(yàn)周期。2009年頒布的TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求第II類壓力容器或者用戶要求的其他壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)出具包括主要失效模式和風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則－長(zhǎng)輸（油氣）管道》附件中推薦了4種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。GB 150-2011《壓力容器》對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做了原則性規(guī)定。我國(guó)已將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估納入承壓設(shè)備的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究和實(shí)踐剛剛起步，有許多需要研究的問(wèn)題。應(yīng)力腐蝕失效作為奧氏體不銹鋼材料的一種重要失效模式，研究其失效概率可促進(jìn)我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展。
