由于不同材料+環境體系的應力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腐(fu)蝕開裂(lie)(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(jing)(jing)對應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)較(jiao)為復雜,含鹵素離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)介質(zhi)(zhi)、高(gao)(gao)溫(wen)純水、硫化(hua)(hua)物環境(jing)(jing)等都(dou)能引(yin)起奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)。所有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)研究一(yi)(yi)致(zhi)表明:在(zai)(zai)相同的(de)(de)(de)(de)條件下,應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感性隨著氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)含量的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大而(er)升高(gao)(gao)。在(zai)(zai)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度下,存在(zai)(zai)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)臨(lin)界濃度。在(zai)(zai)有(you)(you)些場合(he),介質(zhi)(zhi)中氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)平(ping)均(jun)濃度很低(di),但(dan)是(shi)也(ye)會發生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂現象,這主要(yao)是(shi)由氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)局部(bu)富集引(yin)起的(de)(de)(de)(de)。溫(wen)度升高(gao)(gao),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感性增(zeng)(zeng)大,但(dan)是(shi)并不(bu)具(ju)有(you)(you)線(xian)性影響(xiang)規律,當溫(wen)度較(jiao)高(gao)(gao)時,對應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)影響(xiang)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)程(cheng)度減緩。溫(wen)度對應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)是(shi)因(yin)為溫(wen)度升高(gao)(gao),化(hua)(hua)學反應(ying)(ying)(ying)速(su)率增(zeng)(zeng)加,金屬腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率增(zeng)(zeng)加。pH值是(shi)影響(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂的(de)(de)(de)(de)另一(yi)(yi)重要(yao)因(yin)素,材料內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di)而(er)降(jiang)(jiang)低(di),但(dan)當pH<2時,腐(fu)(fu)蝕(shi)類型變(bian)為全面腐(fu)(fu)蝕(shi)。圖5-6是(shi)Truman對溫(wen)度、氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)濃度、pH綜合(he)影響(xiang)的(de)(de)(de)(de)研究結(jie)果(guo)。從圖中可以看出,隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di),引(yin)起應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)臨(lin)界濃度降(jiang)(jiang)低(di)。介質(zhi)(zhi)中氧氣濃度升高(gao)(gao),SCC敏感性增(zeng)(zeng)大。

3. 力(li)學因素
與其他腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型(xing)相比(bi)較(jiao),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)必不(bu)可少(shao)的(de)條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工(gong)作(zuo)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),或者(zhe)(zhe)由于(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物引起(qi)的(de)擴張(zhang)力(li)(li)(li)(li),一(yi)般認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)(shi)由拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引起(qi)的(de),但是(shi)(shi)也(ye)有(you)研究人(ren)員認為(wei)壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)也(ye)可以引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。部分研究者(zhe)(zhe)認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)控制(zhi)SCC裂紋(wen)萌(meng)生與發(fa)展的(de)主(zhu)因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)變速率增加(jia)。焊接(jie)殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)工(gong)殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)引起(qi)SCC的(de)主(zhu)要原因(yin),據(ju)統計,80%的(de)SCC是(shi)(shi)由殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造成的(de)。加(jia)工(gong)殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是(shi)(shi)由沖壓(ya)成型(xing)、管和(he)筒(tong)體冷彎、脹接(jie)、擴口等工(gong)藝引起(qi)的(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)容器和(he)管道中,焊接(jie)部位由于(yu)存在焊接(jie)殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)疊加(jia),更是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)易發(fa)生地,某企業2臺氫化塔發(fa)生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)部位如(ru)圖5-7所(suo)示。

對于圖(tu)(tu)5-7所示的(de)薄壁內(nei)壓容器,其環向和經向應力(li)可采用(yong)回轉薄殼的(de)薄膜應力(li)分(fen)析(xi)理(li)論分(fen)析(xi),受力(li)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)5-8所示。環向應力(li)。。的(de)計(ji)算公式為

在含氯離(li)子環境(jing)中(zhong),即使殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)較小(xiao),也可能會(hui)(hui)引起應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi),這是(shi)因(yin)為材料表面缺陷(xian)容易引起點(dian)蝕(shi),點(dian)蝕(shi)坑會(hui)(hui)造(zao)成應(ying)(ying)(ying)力(li)集中(zhong),加速裂紋(wen)萌生(sheng)。某一公司(si)的換(huan)(huan)熱器服(fu)役一年多后換(huan)(huan)熱管(guan)因(yin)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)造(zao)成泄漏,泄漏部位并(bing)不在焊接部位處,如圖5-9所示。

奧氏體不銹鋼換熱管經冷拔后,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。



