损害控制:应力腐蚀开裂评估

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介绍

一般来说，应力腐蚀开裂(SCC)被定义为一种冶金损伤机制，其特征是在持续载荷(施加或残余)下存在亚临界开裂，最常见于液体环境，但有时也发生在气体环境中。此外，有许多形式的SCC通常会影响炼油、石化和相关压力设备，包括但不限于以下情况:

• 胺鳞状细胞癌
• 氨鳞状细胞癌
• 碳酸盐岩鳞状细胞癌
• 苛性鳞状细胞癌
• 氯鳞状细胞癌
• 聚硫酸SCC

本文将研究常见的工程和服务适用性(FFS)方法，这些方法可以用来理解和评估现有形式的SCC导致泄漏、灾难性破裂或脆性断裂的倾向性。具体来说，确定临界缺陷尺寸是了解与现有损伤相关的相对风险的第一步。一般来说，临界缺陷尺寸是载荷(施加或残余应力)、类裂纹缺陷的几何形状(尺寸和方向)和材料性能(例如断裂韧性或韧性抗撕裂性)的函数。尽管某些工艺环境可能导致材料断裂韧性下降，但临界裂纹尺寸通常与可能驱动裂纹扩展的SCC类型无关。此外，当认识到与预测相关的不确定性并将计算结果与适当的定期监测和风险管理策略相结合时，估计裂纹扩展速率也可以是一项有用的努力。本文涵盖了这些主题，并使用符合API 579-1/ASME FFS-1的现代断裂力学方法，对各种不同钢的脆性断裂和韧性撕裂的量化保护提供了实用的见解。Fitness-For-Service(api 579)

防止脆性断裂

脆性断裂通常表现为在应力(残余或外加)作用下突然快速断裂，材料几乎没有或根本没有延展性或塑性变形的迹象[2,3]。压力容器中典型脆性断裂的例子见图1．脆性断裂失效需要存在初始裂纹状缺陷，这种缺陷可以是原始制造缺陷，也可以是与scc相关的缺陷，可能是在使用中产生和扩展的。碳和低合金钢最容易发生脆性断裂，这些材料通常表现出延性到脆性的转变类型，其中夏比冲击能以及断裂韧性从较高的架子值(在高温下)变化到较低的架子值(在低温下)。此外，由于焊缝几何形状或焊缝、热影响区(HAZ)和相邻母材之间材料性能的不匹配导致拉伸焊缝残余应力和应力集中效应升高，在焊缝处或焊缝附近产生的裂纹往往是脆性断裂失效的根源。此外，一旦在压力设备中发现裂纹状缺陷，通常需要通过FFS确认损坏，或进行维修/更换。通常，缺陷挖掘、可能的焊接修复和完整的部件更换可能会耗费大量时间，并导致额外的计划外停机时间，这反过来又会由于生产损失而造成经济上的破坏。为此，现代FFS方法代表了一种有价值且通常具有成本效益的工程工具，用于管理与在役SCC相关的风险。