不銹鋼制的機器、配管等由于外圍大氣層的緣故而發生應力腐蝕斷裂,這一點很早就為人們所認識了。根據美國DuPont公司1950年發布的報告,僅他們公司本身就發生了40起同類事例。這種斷裂一般被稱為外應力腐蝕斷裂(external stress corro-sion cracking,略稱ESCC),發生位置主要分為兩類:一種是斷裂發生位置表面有保溫材料的時候;另一種是沒有保溫材料,在裸露不銹鋼上直接發生。前者主要是雨水等通過外部的保溫材料(用來保護內部流體的溫度)達到鋼表面,雨水和保溫材料中的氯離子凝聚在表面從而引起斷裂。因此以美國為主,主要通過Wick試驗和MIL規格試驗來研究各種因子的影響,后來決定要把重點放在保溫材料的選定而不是材料上。這種斷裂就本質上來說是水溶液中的應力腐蝕斷裂,此外,大久保對此也發表過評論,這里省略不提。下面主要探討一下裸露表面發生的斷裂問題。


 在(zai)(zai)海邊的(de)(de)(de)(de)(de)化學工廠里,內部(bu)(bu)液體溫(wen)度較低且(qie)外(wai)(wai)部(bu)(bu)沒有(you)保(bao)溫(wen)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)SUS304鋼(gang)制(zhi)器具(ju)、配管(guan)等,曾(ceng)經發生過由大(da)氣造(zao)(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)晶間斷裂(lie)現象。與(yu)外(wai)(wai)部(bu)(bu)有(you)保(bao)溫(wen)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)斷裂(lie)相比(bi),這(zhe)尚屬(shu)(shu)新問題(ti),在(zai)(zai)日本(ben)大(da)概是1975年(nian)以后才出現。1981、1982年(nian)曾(ceng)有(you)這(zhe)類事例(li)報(bao)告,而且(qie)其(qi)他地(di)方也出現過同類事例(li),從(cong)而引起(qi)人們的(de)(de)(de)(de)(de)關注,因此(ci)在(zai)(zai)1984年(nian)(社)化學工學協會化學裝置材(cai)料(liao)(liao)委(wei)員會的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)分(fen)科會上(shang),對由ESCC造(zao)(zao)成(cheng)損傷的(de)(de)(de)(de)(de)實際情(qing)況(kuang)進(jin)行了(le)調(diao)查(cha)。根據(ju)此(ci)次調(diao)查(cha)結(jie)果,在(zai)(zai)110例(li)損傷事件中有(you)47例(li)(接(jie)近(jin)半(ban)數)是在(zai)(zai)裸(luo)露(lu)使用(外(wai)(wai)部(bu)(bu)沒有(you)保(bao)溫(wen)材(cai)料(liao)(liao))情(qing)況(kuang)下發生的(de)(de)(de)(de)(de)斷裂(lie),問題(ti)非(fei)常(chang)嚴重(zhong)。根據(ju)此(ci)調(diao)查(cha)報(bao)告,損傷的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)位(wei)多見于焊接(jie)部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)熱影響部(bu)(bu)位(wei),材(cai)料(liao)(liao)幾(ji)乎全部(bu)(bu)是SUS304型(xing)鋼(gang),內部(bu)(bu)液體的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度半(ban)數集(ji)中于50℃以下(外(wai)(wai)部(bu)(bu)有(you)保(bao)溫(wen)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下為50~150℃),斷裂(lie)形態雖有(you)穿(chuan)晶裂(lie)紋,但大(da)部(bu)(bu)分(fen)屬(shu)(shu)于晶間斷裂(lie)。此(ci)外(wai)(wai)其(qi)表面還附著有(you)大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)化物。


 目前,針(zhen)對(dui)影響斷裂(lie)(lie)因素(su)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)(yan)室研究正在進行(xing)。中村在1985年(nian)(nian)針(zhen)對(dui)損傷(shang)事例的(de)(de)(de)解析(xi)結(jie)果及實(shi)驗(yan)(yan)室中鹽水(shui)(shui)噴(pen)霧(wu)-干燥(zao)的(de)(de)(de)反復(fu)(fu)試(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果做了(le)報(bao)告。此份報(bao)告從事例解析(xi)人手(shou),認為由大氣造成(cheng)的(de)(de)(de)斷裂(lie)(lie)是(shi)材料反應的(de)(de)(de)敏化、大氣中所(suo)含的(de)(de)(de)海鹽粒(li)子及材料表面的(de)(de)(de)生銹等因素(su)相互作用的(de)(de)(de)結(jie)果,進而通過1%NaCl+0.5%H2O2水(shui)(shui)溶液中的(de)(de)(de)干燥(zao)反復(fu)(fu)噴(pen)霧(wu)試(shi)驗(yan)(yan),再現(xian)了(le)這(zhe)(zhe)一斷裂(lie)(lie)現(xian)象(xiang),表明在敏化熱處理之前進行(xing)低溫加工(gong),使SUS304鋼預先(xian)發生形(xing)變,這(zhe)(zhe)樣其粒(li)界斷裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)敏感(gan)性會(hui)大大增強(qiang)。此外(wai),該報(bao)告還證實(shi)了(le)低碳化及穩(wen)定化不銹鋼、帶有表面樹脂涂層的(de)(de)(de)SUS304 型(xing)鋼具有抗斷裂(lie)(lie)性能(neng)。此外(wai),同年(nian)(nian)(1985年(nian)(nian)),笠原等人在英國ICI社(she)研究的(de)(de)(de)基礎上,用50℃的(de)(de)(de)人工(gong)海水(shui)(shui)對(dui)U字(zi)形(xing)敏化304鋼做了(le)100天的(de)(de)(de)連續噴(pen)霧(wu)試(shi)驗(yan)(yan),證實(shi)了(le)鋁(lv)箔對(dui)生銹的(de)(de)(de)304鋼具有擦光效果。


 另一方面,莊司等人(1986年)把含有(you)各(ge)種(zhong)(zhong)氯(lv)化(hua)物的(de)(de)(de)滴液滴在尚未敏化(hua)的(de)(de)(de)SUS304及SUS316L鋼的(de)(de)(de)U字形試(shi)驗片(pian)上,并把這些試(shi)驗片(pian)置于50~70℃的(de)(de)(de)環(huan)境下(xia)(xia)進行試(shi)驗,結果發現根(gen)據氯(lv)化(hua)物種(zhong)(zhong)類的(de)(de)(de)不同,在各(ge)自(zi)固有(you)的(de)(de)(de)濕度(du)下(xia)(xia)最容易斷(duan)(duan)裂,由(you)海(hai)(hai)水(shui)引起的(de)(de)(de)斷(duan)(duan)裂是MgCl2作用的(de)(de)(de)結果。之后,他們(1989年)用兩年的(de)(de)(de)時(shi)間在室內溫度(du)下(xia)(xia)進行了同樣的(de)(de)(de)試(shi)驗,結果只(zhi)有(you)滴有(you)NaCl溶液的(de)(de)(de)試(shi)驗片(pian)沒有(you)斷(duan)(duan)裂,而滴有(you)人工(gong)海(hai)(hai)水(shui)或MgCl2溶液的(de)(de)(de)試(shi)驗片(pian)在30%~40%左右(you)的(de)(de)(de)相對(dui)溫度(du)下(xia)(xia)就會(hui)發生(sheng)斷(duan)(duan)裂。


圖 17.jpg


 1987年竹本等人認為造成已敏化的SUS304 低溫斷裂的有害因素除了大氣中存在的氯離子之外,還包括因焊接和焊接后的表面處理而產生的氟離子,就此他們做了試驗,結果表明氟離子極為有害,正如圖7.17 所示,即使在0.00001%~0.0001%這樣較低的濃度下,也是有害的。而且,梅村等(1987年)為了明確影響斷裂的因素,對已敏化的SUS304 進行了大氣暴露試驗和實驗室性質的研究。其中,大氣暴露試驗的結果表明與被雨淋的環境相比,沒有直接被雨淋的環境更易導致斷裂的發生,進而他們得出了與上述莊司等人相同的結論:溫度、濕度、鹽的吸濕性等影響鹽干燥程度的條件是影響斷裂的重要因素,特別是海鹽粒子中所含的MgCl2使得SUS304極易斷裂。


 進而,都島等(1987年)在海邊做了兩年的暴露試驗,來研究敏化熱處理與各種涂漆對304不銹鋼304L不銹(xiu)鋼(gang)316不銹(xiu)鋼316L不銹鋼斷裂的影響,結果發現只有敏化的未經噴涂的304鋼才會發生斷裂,從而證明了噴涂能有效防止斷裂。


表 9.jpg


 根據上述研究結果,我(wo)們也能(neng)明確解釋導致ESCC在裸露使(shi)用(yong)情(qing)況下產生(sheng)斷裂的(de)原因(yin),而(er)防止斷裂的(de)對策也正如(ru)中(zhong)原、尾崎所做的(de)表(biao)7.9(1991年)所示。表(biao)7.9也列出了(le)使(shi)用(yong)保(bao)溫材(cai)料時的(de)對策,但不(bu)管何種情(qing)況,現在都采用(yong)可信度(du)較高的(de)噴涂法,因(yin)為這一辦(ban)法尚未得到充分(fen)的(de)證明,所以今后(hou)也值得予以關注。