304封头开裂是因为存在相当大拉应力和湿H2S环境

我司近期接到某公司的求助信息，说是发近期检修期间发现304封头的中部以下直边段多处开裂，裂纹呈线状沿设备轴向延伸。裂纹从环缝热影响区部位开始，沿封头中心方向进行，基本上是垂直环焊缝。该容器为露天安放，封头裸露在大气之中。设备主体受压元件材质为304，封头采用冷旋压成型的加工方式制成，并出具了封头产品合格证。为了确定问题所在，我司进行了一系列分析，得出了304封头会开裂是因为存在相当大拉应力以及湿H2S环境。

我司先采取原材料进行化学分析以及力学分析，发现304封头的化学分析及力学性能均符合我国标准规定值。

然后我司对裂纹产生原因进行了分析，发现裂纹不是发生在环焊缝上，而是距离环缝边大约10mm为起点，延伸5-40范围不等。可以看出热影响区的部位是开裂形成的温床。热影响区本身是一个组织和性能极不均匀的区域;其中一些组织和变坏了的部位往往成为整个焊接接头中至薄弱环节，对焊接质量起着控作用。焊前母材的原始状态也是会影响到焊接热影响区内组织变化和性能变化。封头侧的热影响区，焊前状态是冷旋压成型，加工过程中，产生很大压力拉力使304发生塑性形变，并且反复作用，直到封头符合要求的形状为止。这一过程中，304钢板发生冷作硬化，硬度计测试发现，直边段硬度是所有部位的至大值，可以达到HB230~310。采用埋弧自动焊焊接完毕环缝后，封头侧直边段硬度甚至达到HB300~340HB，这说明其内部存在相当大的应力。

该化工厂以生产浓硫酸，盐酸及其附属产品形成复合肥为主。我们到达现场观察裂纹，分析裂纹所属性质时，不时有刺鼻的气体吹过。向该单位工段长询问后，得知是另外一家小作坊式工厂也在生产硫酸，没有经过环评就私自生产经营了。排放的气体主要成分是SO2、H2S，并且这3台卧式设备由于内部介质特性问题，需要采取降温措施，该设备采用外部正上方喷淋水的方式降温。这正好将大气中飘来的SO2、H2S溶解在喷淋水当中， 形成酸性环境， 并电离出S。这样304不锈钢封头发生应力腐蚀的必备两个条件：

1)存在相当大拉应力;

2)湿H2S环境。

我司得出了结论：

1)应力腐蚀开裂：拉应力与特定腐蚀介质的共同作用而引起的脆性开裂。封头直边段开裂原因为典型S应力腐蚀开裂，是材料内部拉应力与介质腐蚀共同作用形成的裂纹。

2)封头冷成型时，封头内部及外部的划伤，予以修复并保持直边段周围光滑，防止出现应力集中区域。

3)组装工艺严格控制，封头椭圆度，筒体椭圆度，周长允差。组对时应避免强力组装，降低组装应力。

4)封头与筒体焊接时，防止过热区晶粒长的过大，在焊接时尽量减小焊接时热量输人。如采用能量密度高的焊接和小的线能量方式。

5)隔离形成应力腐蚀的环境影响因素严格控制层间温度，避免焊接造成热影响区局部敏化，应力集中部位尽可能采取消应处理。

那么，有些朋友要问了：“对已经形成裂纹的封头我们应该怎么办呢?”我司同样地也给出了解答。针对已经形成裂纹的304封头，现场采用等离子沿环缝偏向筒体侧切割将封头取下。使用重新加工封头。新封头组对完成后用手工焊接方法，能量密度高小线能量方法，尽量减小焊接时热量输入，避免热影响区晶粒颗粒过大，及晶粒过大引起严重脆化。还有，设备隔离湿H2S环境，整体保温将盘管裹住，同时隔离大气中的SO2、H2S。经过以上措施，目前该设备已经重新运行，运行状态良好。