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(ao)氏(shi)體不(bu)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(shi)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(huan)境因素
環境對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)較為復雜,含(han)鹵素離子的(de)(de)(de)介(jie)質(zhi)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫純水、硫化(hua)(hua)物環境等都(dou)能引起奧氏(shi)體不銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)研究一(yi)致表明:在相(xiang)同的(de)(de)(de)條件下,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性隨(sui)(sui)著氯(lv)離子含(han)量的(de)(de)(de)增(zeng)大而升高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)。在不同的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)下,存(cun)在一(yi)定的(de)(de)(de)氯(lv)離子臨(lin)界濃(nong)度(du)(du)(du)。在有(you)些(xie)場(chang)合,介(jie)質(zhi)中氯(lv)離子平均濃(nong)度(du)(du)(du)很低(di),但(dan)是(shi)也會發(fa)生應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)現象(xiang),這(zhe)主(zhu)要是(shi)由氯(lv)離子在局部富(fu)集引起的(de)(de)(de)。溫度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao),應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性增(zeng)大,但(dan)是(shi)并(bing)不具有(you)線性影響(xiang)(xiang)規律,當溫度(du)(du)(du)較高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)時,對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)影響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)程(cheng)度(du)(du)(du)減緩。溫度(du)(du)(du)對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)是(shi)因(yin)為溫度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao),化(hua)(hua)學反應(ying)(ying)速(su)率(lv)增(zeng)加(jia)(jia),金屬腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)增(zeng)加(jia)(jia)。pH值是(shi)影響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)另一(yi)重要因(yin)素,材料(liao)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能隨(sui)(sui)著pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而降(jiang)低(di),但(dan)當pH<2時,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)類(lei)型變為全面腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。圖5-6是(shi)Truman對溫度(du)(du)(du)、氯(lv)離子濃(nong)度(du)(du)(du)、pH綜合影響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)研究結果。從圖中可以看出,隨(sui)(sui)著pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di),引起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)氯(lv)離子臨(lin)界濃(nong)度(du)(du)(du)降(jiang)低(di)。介(jie)質(zhi)中氧氣(qi)濃(nong)度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao),SCC敏感性增(zeng)大。

3. 力學(xue)因素(su)
與(yu)其他腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)類型相比較(jiao),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)必不(bu)可(ke)少的條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)來(lai)源于工(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)及結構(gou)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),或(huo)者由(you)(you)于腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)引起(qi)的擴張力(li)(li)(li)(li)(li),一般認(ren)為應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)由(you)(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引起(qi)的,但是(shi)也(ye)有研(yan)究(jiu)人員認(ren)為壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)也(ye)可(ke)以引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。部分研(yan)究(jiu)者認(ren)為,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)控制SCC裂紋萌生與(yu)發(fa)展的主(zhu)因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率(lv)增加。焊接(jie)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加工(gong)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)引起(qi)SCC的主(zhu)要原因,據(ju)統計(ji),80%的SCC是(shi)由(you)(you)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造(zao)成(cheng)的。加工(gong)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是(shi)由(you)(you)沖壓成(cheng)型、管和(he)筒體冷彎、脹(zhang)接(jie)、擴口等(deng)工(gong)藝引起(qi)的。壓力(li)(li)(li)(li)(li)容器(qi)和(he)管道中,焊接(jie)部位由(you)(you)于存在焊接(jie)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)的疊加,更(geng)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)易發(fa)生地,某企(qi)業2臺氫化塔發(fa)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的部位如圖5-7所示。

對于(yu)圖(tu)5-7所示的薄壁內壓(ya)容(rong)器,其環(huan)向(xiang)(xiang)和經向(xiang)(xiang)應力可采用(yong)回轉薄殼的薄膜應力分(fen)析理論分(fen)析,受力圖(tu)如圖(tu)5-8所示。環(huan)向(xiang)(xiang)應力。。的計算公式為

在(zai)含氯離子環境中,即使殘余(yu)應(ying)力(li)較小,也(ye)可能會(hui)引(yin)起應(ying)力(li)腐(fu)蝕,這是因(yin)為材料表(biao)面(mian)缺陷容易引(yin)起點(dian)蝕,點(dian)蝕坑會(hui)造成(cheng)應(ying)力(li)集中,加速裂紋萌生。某一公司的換熱器服役一年多后換熱管因(yin)應(ying)力(li)腐(fu)蝕造成(cheng)泄(xie)漏,泄(xie)漏部(bu)位(wei)并不在(zai)焊接部(bu)位(wei)處,如圖5-9所示。

奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)換(huan)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。



