由于不同材料+環境體系的應力(li)腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏體不銹鋼應力腐蝕的因素,分別從材料、環境和力學三個方面論述。


1. 材(cai)料因素


  鉻和鎳是奧氏體不銹鋼的基本元素。其中,鉻與空氣中的氧生成氧化物,提高了鈍化膜的穩定性。鎳使不銹鋼內部形成穩定的奧氏體組織,隨著鎳含量的提高,不銹鋼耐應力腐蝕的能力提高。鉬可以強化不銹鋼基體,當鉬含量小于2.5%時,應力腐蝕敏感性隨著鉬含量增加而加大;當鉬含量大于5%時,影響規律相反。適當的氮元素能夠提高奧氏體不銹鋼組織的穩定性,大多數研究認為氮元素的加入可以減小應力腐蝕敏感性,但是也有的研究表明:在氯離子環境中,奧氏體不銹鋼耐應力腐蝕性能隨氮含量的增大而降低。硫元素會增加氯脆的敏感性。


  材料的耐應力腐蝕性能也與晶粒大小、組織結構密切相關。細晶粒可以降低應力腐蝕敏感性。奧氏體不銹鋼中少量的鐵素體組織可以提高耐應力(li)腐蝕開(kai)裂(SCC)性能;馬氏體組織會增加應力腐蝕敏感性,奧氏體不銹鋼中的馬氏體主要是在冷變形、焊接等過程產生的。


2. 環境因素


  環境對(dui)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)較為復雜,含鹵(lu)素離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)(gao)溫(wen)純水(shui)、硫化(hua)物環境等都能(neng)引起(qi)奧(ao)氏體不銹鋼應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究一致表明:在(zai)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下,應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)性(xing)隨(sui)著氯離(li)子(zi)含量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)而升(sheng)高(gao)(gao)。在(zai)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)下,存在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氯離(li)子(zi)臨界(jie)(jie)濃度(du)(du)(du)。在(zai)有些場(chang)合(he),介(jie)質中氯離(li)子(zi)平均濃度(du)(du)(du)很低(di)(di)(di),但是(shi)也會發生應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)斷裂現(xian)象,這主要是(shi)由氯離(li)子(zi)在(zai)局部富(fu)集引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao),應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)性(xing)增(zeng)(zeng)大(da),但是(shi)并不具有線性(xing)影(ying)(ying)響(xiang)規律,當溫(wen)度(du)(du)(du)較高(gao)(gao)時,對(dui)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)程度(du)(du)(du)減緩。溫(wen)度(du)(du)(du)對(dui)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)是(shi)因為溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao),化(hua)學(xue)反應速率增(zeng)(zeng)加,金屬腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速率增(zeng)(zeng)加。pH值是(shi)影(ying)(ying)響(xiang)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)另一重要因素,材料內(nei)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)隨(sui)著pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di)(di)而降(jiang)低(di)(di)(di),但當pH<2時,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類型變為全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。圖5-6是(shi)Truman對(dui)溫(wen)度(du)(du)(du)、氯離(li)子(zi)濃度(du)(du)(du)、pH綜合(he)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究結(jie)果。從(cong)圖中可以看出,隨(sui)著pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di)(di),引起(qi)應力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氯離(li)子(zi)臨界(jie)(jie)濃度(du)(du)(du)降(jiang)低(di)(di)(di)。介(jie)質中氧氣濃度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao),SCC敏(min)(min)感(gan)性(xing)增(zeng)(zeng)大(da)。


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3. 力學因(yin)素(su)


  與其他(ta)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型相比(bi)較,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)必不可少的(de)(de)條(tiao)件。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)來源于工(gong)作應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、熱(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),或(huo)者(zhe)由于腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物引起的(de)(de)擴張力(li)(li)(li)(li)(li),一般認(ren)為應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)由拉(la)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引起的(de)(de),但(dan)是(shi)也(ye)有研(yan)究人員認(ren)為壓(ya)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)也(ye)可以引起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。部分研(yan)究者(zhe)認(ren)為,應(ying)(ying)變(bian)(bian)是(shi)控制SCC裂紋萌生(sheng)與發展的(de)(de)主(zhu)因,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)大使應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率增(zeng)加。焊(han)接(jie)(jie)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加工(gong)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)引起SCC的(de)(de)主(zhu)要原因,據(ju)統計,80%的(de)(de)SCC是(shi)由殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造成的(de)(de)。加工(gong)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是(shi)由沖(chong)壓(ya)成型、管和(he)(he)筒(tong)體冷(leng)彎、脹接(jie)(jie)、擴口等工(gong)藝引起的(de)(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)容(rong)器和(he)(he)管道中(zhong),焊(han)接(jie)(jie)部位由于存在焊(han)接(jie)(jie)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加工(gong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)疊(die)加,更是(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)易發生(sheng)地,某企業2臺氫化(hua)塔(ta)發生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)部位如圖5-7所示。


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  對(dui)于圖(tu)(tu)5-7所示(shi)的(de)薄(bo)壁內壓容器(qi),其環(huan)(huan)向和經向應(ying)(ying)力(li)(li)可采(cai)用回轉(zhuan)薄(bo)殼的(de)薄(bo)膜應(ying)(ying)力(li)(li)分析理論分析,受力(li)(li)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)5-8所示(shi)。環(huan)(huan)向應(ying)(ying)力(li)(li)。。的(de)計算公式為


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  在含氯離子環境中,即使(shi)殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)較小,也可能會(hui)引起應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi),這是因(yin)為(wei)材料表面缺陷容易引起點(dian)蝕(shi),點(dian)蝕(shi)坑(keng)會(hui)造成應(ying)(ying)力(li)(li)集(ji)中,加速裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)。某一(yi)公司(si)的(de)換熱器服役一(yi)年(nian)多后換熱管(guan)因(yin)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)造成泄漏,泄漏部位并不在焊接部位處,如圖(tu)5-9所示。


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  奧氏體不銹(xiu)鋼換熱管經冷拔后,經過固溶處理,再通過矯直消除管子的變形,但是矯直處理使管子產生較高的殘余應力。表5-1給出了三種材料的管子經冷拔-固溶-矯直之后的殘余應力值。


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