浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力(li)腐蝕斷(duan)裂條件主要有以下幾點:
1. 介質的(de)影響(xiang)
應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫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(bu)銹鋼(gang)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。
關于每種結構材料的應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)的介質體系是很復雜的問(wen)題(ti),難于簡(jian)明(ming)概括,必須(xu)根(gen)據具體環(huan)(huan)境具體分析。例如(ru),大家都熟知的奧氏體型不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)Cl-環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi),不(bu)僅與溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的Cl-離子(zi)濃度(du)有關,而且還與其溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)含量有關。從(cong)圖(tu)3-9中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以看出,盡管溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的Cl-離子(zi)濃度(du)很高(gao),但氧(yang)含量較少時(shi)或者Cl-離子(zi)濃度(du)較低,而氧(yang)含量較高(gao)時(shi),均(jun)不(bu)會引起應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)。在(zai)堿性水(shui)溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),特別(bie)是接(jie)近沸點的高(gao)溫時(shi),奧氏體型不(bu)銹(xiu)鋼也易(yi)發生應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)。
2. 應力條件
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。
導致應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)因素是(shi)多方面的(de)(de)(de)(de),預(yu)(yu)防措施(shi)也是(shi)多方面的(de)(de)(de)(de)。總而言之,要(yao)控制(zhi)載荷和內應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)拉伸(shen)分量的(de)(de)(de)(de)總水平(ping),不(bu)(bu)可超過相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)環境中產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門(men)檻值(zhi)。大(da)(da)家知(zhi)道,一(yi)(yi)般焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)(de)(de)焊縫和近縫區的(de)(de)(de)(de)殘余(yu)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)可達到鋼材(cai)屈服強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)水平(ping),即已遠遠超過了應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門(men)檻值(zhi)。也就是(shi)說,不(bu)(bu)經消(xiao)除應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)處理(li)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)接(jie)頭,一(yi)(yi)旦(dan)處于應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)環境中,會(hui)(hui)不(bu)(bu)可避免地發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂。通(tong)常在焊接(jie)以前可預(yu)(yu)制(zhi)一(yi)(yi)個變(bian)形(xing)并在焊后(hou)錘擊焊縫來松弛殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li);或(huo)者將不(bu)(bu)銹鋼焊接(jie)構件作(zuo)(zuo)高于820℃熱處理(li)來消(xiao)除焊接(jie)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。對(dui)于18-8型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼,在它的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)變(bian)點(dian)溫度(du)(50~100℃)下(xia)進行加(jia)工(gong),產(chan)生(sheng)冷(leng)作(zuo)(zuo)硬化,使之發生(sheng)相(xiang)(xiang)變(bian),形(xing)成(cheng)一(yi)(yi)定(ding)數量的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)。這時在相(xiang)(xiang)同附加(jia)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)用下(xia),可以發現,它比未(wei)發生(sheng)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)變(bian)的(de)(de)(de)(de)18-8型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼具有較好(hao)的(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能。但若冷(leng)作(zuo)(zuo)變(bian)形(xing)量過大(da)(da),則會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)過量的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi),對(dui)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能會(hui)(hui)起(qi)相(xiang)(xiang)反的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。
3. 材料條件(jian)
一(yi)般情況下(xia),特別純的(de)(de)金屬不會(hui)產生應力腐(fu)蝕(shi)(shi),應力腐(fu)蝕(shi)(shi)大多發生在(zai)合金(含雜質的(de)(de)工業(ye)純金屬也(ye)屬于合金)中在(zai)晶(jing)界上(shang)的(de)(de)合金元(yuan)素偏析是引起合金的(de)(de)晶(jing)間(jian)型開(kai)裂的(de)(de)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)重(zhong)要因素之一(yi)。隨(sui)著鋼(gang)中鎳(nie)和碳含量增加,可(ke)以提高奧氏體型不銹鋼(gang)的(de)(de)抗(kang)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)能力。而鋼(gang)中鈮、鈦、鉬、氮等(deng)元(yuan)素含量的(de)(de)提高,易引起應力腐(fu)蝕(shi)(shi)傾向,微量的(de)(de)磷、砷、銻、鉍更能促使應力腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋的(de)(de)形成。
在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹鋼中增(zeng)加鐵素體(ti)(ti)(ti)含量,可使鐵素體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)中阻礙裂紋的(de)發展,從而提(ti)高其(qi)耐應(ying)力腐蝕的(de)能(neng)(neng)力。但鐵素體(ti)(ti)(ti)的(de)體(ti)(ti)(ti)積(ji)分數不(bu)宜超過60%,不(bu)然又將逐步使性能(neng)(neng)下降。
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蝕開(kai)裂的。