浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力(li)腐蝕斷裂條件主要有以下幾點:


1. 介質的影響


  應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫(qing)脆性應力腐蝕材料組合上有選擇性,在此特定組合之外的條件不會產生應力 裂紋擴展機理的示意圖腐蝕。引起不銹鋼應力腐蝕的介質,從美國全國腐蝕工程師協會提供的資料中選取一些數據列于表3-3。發生在敏感介質中應力腐蝕開裂的類型見表3-4。為了減輕或消除特定環境中的應力腐蝕,可以在介質中添加緩沖劑見表3-5。





  關(guan)于每(mei)種結(jie)構材(cai)料的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕的(de)(de)介(jie)質(zhi)體(ti)系(xi)是(shi)很(hen)復(fu)雜的(de)(de)問(wen)題,難(nan)于簡明概括,必須根據具(ju)體(ti)環(huan)境具(ju)體(ti)分(fen)析。例如,大家都熟知的(de)(de)奧氏體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼在(zai)Cl-環(huan)境中的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕,不(bu)僅與(yu)溶液(ye)(ye)中的(de)(de)Cl-離(li)子濃(nong)度有關(guan),而(er)且還與(yu)其溶液(ye)(ye)中氧(yang)含(han)量有關(guan)。從圖3-9中可以看(kan)出,盡(jin)管溶液(ye)(ye)中的(de)(de)Cl-離(li)子濃(nong)度很(hen)高(gao),但氧(yang)含(han)量較少時或者Cl-離(li)子濃(nong)度較低(di),而(er)氧(yang)含(han)量較高(gao)時,均(jun)不(bu)會引起應(ying)力(li)腐蝕。在(zai)堿性水溶液(ye)(ye)中,特別是(shi)接近(jin)沸(fei)點的(de)(de)高(gao)溫時,奧氏體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼也(ye)易發(fa)生應(ying)力(li)腐蝕。


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2. 應力(li)條件


  應力腐蝕裂紋是應力和腐蝕介質共同作用的結果。腐蝕介質往往是不可選擇的,那么對應力腐蝕起主導調控作用的就是應力。應力腐蝕對應力也有選擇性,通常壓應力不會引起應力腐蝕裂紋,只有在拉應力的作用下才會導致應力腐蝕裂紋的產生。對于18-8型不銹鋼,由于它的導熱性差,線脹系數大,就會產生較大的焊接殘余應力。焊接殘余應力是焊接結構件產生應力腐蝕的主要來源。在應力腐蝕介質中,焊縫金屬和近縫區拉應力很容易產生裂紋,而使焊接構件滲漏,直至斷裂。雖說壓應力不會引起應力腐蝕,但是隨著裂紋的擴展,應力也會發生重新分布,最初的壓應力部位也會有裂紋擴展的可能性。彎曲加工、拉拔矯正產生的殘余應力和焊接殘余應力的疊加,更能促使應力腐蝕的加速。在工作狀態下導致應力腐蝕的應力,往往是設計時未考慮到的。從表3-6可見,產生應力腐蝕的應力來自冷熱加工的比例也是驚人的,所以構件的制作加工,應給予足夠的重視。例如,一個焊接容器,其封頭和筒體都要經過下料、沖壓、卷圓和精加工,加工應變使材料的屈服強度上升,所產生的殘余應力也更大。若在這種應力狀態下再經過強行裝配焊接,焊接的殘余應力狀態將變得更為復雜,很可能大大促進應力腐蝕的產生、發展,甚至斷裂。曾用厚為6mm的18-8型不銹鋼焊接試板,在常溫下經過冷卻加工和拉伸后進行施焊,切成數塊焊接試樣浸漬到質量分數為42%的MgCl2沸騰的溶液中進行抗應力腐蝕試驗,在短時間內應力腐蝕裂紋就暴露出來了。這一實例也證實了上述說法。


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  導致應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)因素是多(duo)方(fang)面的(de)(de),預(yu)(yu)防措施也(ye)是多(duo)方(fang)面的(de)(de)。總而言之(zhi),要控制載(zai)荷和內(nei)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)拉(la)伸分(fen)量的(de)(de)總水平,不可(ke)超過相(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)環境(jing)中(zhong)產生(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門(men)檻(jian)值。大家知道,一(yi)(yi)般焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)和近(jin)縫(feng)區的(de)(de)殘(can)余(yu)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)可(ke)達(da)到鋼材屈服強度(du)的(de)(de)水平,即已遠遠超過了(le)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門(men)檻(jian)值。也(ye)就是說,不經消除應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)處(chu)(chu)理的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou),一(yi)(yi)旦處(chu)(chu)于(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)環境(jing)中(zhong),會不可(ke)避免地發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂。通(tong)常在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)以前可(ke)預(yu)(yu)制一(yi)(yi)個(ge)變(bian)(bian)形并在焊(han)(han)后錘擊(ji)焊(han)(han)縫(feng)來(lai)松弛(chi)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li);或者將不銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)構件作高于(yu)820℃熱處(chu)(chu)理來(lai)消除焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。對于(yu)18-8型不銹鋼,在它的(de)(de)馬(ma)氏(shi)體相(xiang)變(bian)(bian)點溫度(du)(50~100℃)下進(jin)行加工(gong),產生(sheng)(sheng)(sheng)冷(leng)(leng)作硬化,使之(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)相(xiang)變(bian)(bian),形成一(yi)(yi)定數(shu)量的(de)(de)馬(ma)氏(shi)體組(zu)織。這時在相(xiang)同附加應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作用下,可(ke)以發(fa)現,它比未發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)馬(ma)氏(shi)體相(xiang)變(bian)(bian)的(de)(de)18-8型不銹鋼具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)抗(kang)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能。但(dan)若(ruo)冷(leng)(leng)作變(bian)(bian)形量過大,則會產生(sheng)(sheng)(sheng)過量的(de)(de)馬(ma)氏(shi)體組(zu)織,對耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能會起相(xiang)反的(de)(de)作用。



3. 材(cai)料條件 


  一般情況下,特(te)別純的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)不(bu)會產生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi),應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)大多(duo)發生(sheng)在(zai)合(he)金(jin)(jin)(含(han)雜(za)質的(de)(de)工業(ye)純金(jin)(jin)屬(shu)也屬(shu)于合(he)金(jin)(jin))中(zhong)在(zai)晶界上(shang)的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)偏析是引起(qi)(qi)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)晶間型開(kai)裂(lie)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)重要因(yin)素(su)之(zhi)一。隨著鋼中(zhong)鎳(nie)和碳含(han)量(liang)增(zeng)加,可(ke)以提(ti)高奧氏體型不(bu)銹鋼的(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)。而鋼中(zhong)鈮(ni)、鈦、鉬、氮等元(yuan)素(su)含(han)量(liang)的(de)(de)提(ti)高,易引起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)傾向(xiang),微量(liang)的(de)(de)磷、砷、銻、鉍更能促使應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)紋的(de)(de)形成。


  在奧氏體型不銹鋼中增加(jia)鐵(tie)素體含量,可使鐵(tie)素體組織在奧氏體組織中阻礙裂紋的(de)發(fa)展,從(cong)而提高其(qi)耐應力(li)腐蝕(shi)的(de)能力(li)。但鐵(tie)素體的(de)體積分數不宜超過60%,不然(ran)又將逐步使性(xing)能下(xia)降。


  綜上所述,引起應力腐蝕裂紋必須具備三個條件:首先金屬材質在該環境中具有應力腐蝕開裂的傾向;其次用這種材質組成的結構接觸或處于選擇性的腐蝕介質之中;最后要有高于一定水平的拉應力。缺少其中任一個條件是不可能發生應力腐(fu)蝕(shi)開裂的。