奥氏体不锈钢的聚硫酸应力腐蚀开裂

聚硫酸应力腐蚀开裂(PTA-SCC)奥氏体不锈钢是一种环境因素诱发的开裂这不仅需要适当的环境和拉伸应力，也是一种特定的微观结构条件。当硫化垢在金属表面形成时，这种类型的故障可能发生在炼油厂、化学或石化工厂。(关于PTA-SCC的介绍，请阅读氯化物、腐蚀性和聚硫酸应力腐蚀开裂)。

多分子酸应力腐蚀裂纹的要求（PTA-SCC）

具体微观结构所要求的被称为敏感，这是沉淀Cr-carbides.(M_23.C._6.)在约400°C至800°C(752°F至1472°F)的温度范围内长时间暴露，会使相邻区域的Cr减少晶体攻击和PTA-SCC。温度下限是碳化物形成动力学的函数，而温度上限则与碳扩散回金属溶液有关。这导致了一个“c形”的时间-温度-转变曲线，曲线的前端和上、下温度极限根据合金成分而变化．

图1.具有各种碳含量的合金的时间温度变换曲线的示例。

向奥氏体不锈钢添加诸如321和347的奥氏体不锈钢的添加产生稳定的等级，该稳定的等级具有显着较长的时间来敏化。对于低碳含量小于0.03％的低碳或双认证等级也是如此，但这些也将在这些温度延长一段时间后最终敏感。

注意，低碳等级具有较低的抗蠕变强度可能不适用于某些应用程序。冷加工这些合金在较低温度下倾向于增加敏化，在较高温度下则倾向于降低敏化。敏化过程中施加的应力和应变可以通过加速反应增强动力学成核碳化物沉淀过程中涉及的生长过程。高碳型304h等级的焊接也会导致在附近或附近的敏感性热影响区取决于冷却速率。

PTA-SCC的第二个要求是金属表面的连续硫化垢。硫垢是由工艺流程中的硫种反应形成的，例如硫化氢（h₂S）与金属表面反应。有机硫化合物在还原条件下也能产生所需的硫。有机硫可以自然地存在于工艺流程中，也可以故意添加，如添加二硫化碳或二甲基二硫化碳以防止反应器中结焦。（相关阅读：关于碳捕获处理厂腐蚀的关键问题)。

根据S浓度、温度和还原条件的不同，外层垢可以是不存在(富cr - o)、富cr -S、富cr - fe -S、富fe -S、富fe - ni -S或富ni -S。理论热力学评估结合实验数据可用于评价工艺条件是否会产生连续的硫化物垢。如果氧化物是主要的垢形成，那么PTA-SCC的电位将是最不可能的。这就是再生器部分的情况流化催化裂化装置，即氧化;而在反应器方面，这是减少，有一个更大的潜力，PTA-SCC。而部分燃烧催化裂化再生系统的H₂S和CO / CO的降低比率₂当烟气有可能受到PTA-SCC的影响。因此，H₂不是在过程流中产生减少条件的关键因素。

PTA-SCC经常发生在关闭后的某个时间之后发生。原因是，一旦在操作期间在金属上形成了连续的硫化物尺度，就是这种尺度与o的反应₂和液态水在关闭过程中形成聚硫酸最终使冶金．就这样开裂将启动在关闭期间，然后在启动或操作期间传播到故障。水分和氧气在空气中的反应与硫化物尺寸形成称为多分子酸（H.₂S._X.O._6.)，然后攻击金属的铬耗尽晶界．它就是四硫代酸(H₂S._4.O._6.）被认为是相关物种。PTA可以通过反应在FE存在下形成：

4菲斯+ 5.5 o₂+ H₂O.→2FE.₂O._3.+ H₂S._4.O._6.

硫酸（h₂所以_4.）不会引起PTA-SCC，但可以根据浓度和温度造成腐蚀。

硫代硫酸盐阴离子(S₂O._3.⁼)可能导致SCC。这种溶液已被用于研究PTA-SCC。

张应力在PTA-SCC中的作用

和其他应力腐蚀开裂一样失效模式，申请的或残余拉应力是必需的。然而，由于大多数PTA-SCC故障与高温暴露和操作有关，由于组件热胀冷缩的变化，确定任何拉伸应力的存在或程度是相当复杂的。启动PTA-SCC所需的敏化程度和应激的相互作用尚不清楚。加工硬化、外加应力和温度都影响敏化程度。裂纹尖端的敏化量和应力决定了应力腐蚀裂纹的扩展。如研究人员所指出的那样。Yonezu，r. kusano和x.陈，“目前的IG-SCC行为归因于电化学和机械作用的协同作用…随着机械载荷的增加，SCC尖端沿晶界向前推进。这表明应力分量在SCC扩展过程中起着重要的作用。

此外，晶粒取向也会影响压力传播的水平裂缝。当由于裂纹在晶粒周围扩展，所需的应力水平进一步复杂化，因此在平行晶界裂纹向应力扩展所需的应力将不同于垂直晶界裂纹。

预防PTA-SCC的各种方法

在打开过程单元时(例如，氢化裂解器反应堆和相关的管道）在关闭之后，用于防止PTA-SCC用于在敏感温度区域操作的单元的主要目标是防止液态水或o₂从空气与表面硫化物尺度反应。一种方法是使用诸如干燥氮的惰性气体，即没有o₂在条目。考虑到需要个人防护装备(PPE)，这对工人来说非常繁琐。

另一种方法是使用干（除湿）空气;然而，工人的进入可以在潮湿的空气外面进入，工人的汗水可以否定这个策略。

最常见的方法之一是使用碳酸钠或苏打灰溶液中和在金属表面形成的酸，并留下一层薄薄的碱性膜，防止如中所述的额外PTA的形成NACE标准RP0170．用于洗涤溶液的水应该具有最小量的氯化物或者有潜力氯应力腐蚀开裂(Cl-SCC)．加入碱性表面活性剂可促进焦炭和油膜的渗透。（相关阅读：奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂)。如果长时间停机，可能需要重新使用洗涤液。

321型和稳定的热处理347.其设计目的是最大限度地降低PTA-SCC的潜力，毕竟可以进行焊接操作。稳定的热处理旨在将C延伸回到晶粒并改性Ti或Nb碳化物，这具有强化晶粒的意外后果。对于厚壁结构(>2.5 cm)不推荐使用，因为可能存在应力松弛开裂．

从稳定的不锈钢等级转换为Ni-Fe-Cr合金，例如合金825或800，不会防止PTA-SCC，因为这些合金也可以敏化。据报道，专有的347LN型以敏化，因此不易受PTA-SCC的影响，但仍然具有与347小时型相当的蠕变强度．

PTA-SCC失效的断口形貌

识别失效模式为PTA-SCC要求光学金相抛光截面分析。当裂缝繁殖是通过分支吗晶间（沿谷物边界）模式。在样品制备期间，颗粒脱落并不罕见。

图2。奥氏体不锈钢聚硫酸应力腐蚀开裂的显微照片。

将最初用于检查一般蚀刻剂来检查微观结构．在更高的放大率下，应检查晶界的碳化物形成。

为了确认金属已被敏化，实践草酸蚀刻应该被执行和检查晶粒是否完全被挖掘所围绕，这表明敏锐的微观结构。

扫描电子显微镜裂缝表面的分析有助于确认硫化物垢的存在。由于硫化物垢的形成可能破坏了裂缝的特征，因此清洗可能无法成功地确认“冰糖”晶间裂缝表面，这取决于裂缝表面的厚度和硫化物垢的粘附性。