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(de)影響
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(guan)于每種結(jie)構材料的應(ying)力腐(fu)(fu)蝕的介質(zhi)體系是(shi)很(hen)復(fu)雜的問題,難于簡明概括,必須根據具體環境具體分析。例如(ru),大家都熟知的奧氏體型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在Cl-環境中(zhong)(zhong)的應(ying)力腐(fu)(fu)蝕,不(bu)僅與(yu)溶液中(zhong)(zhong)的Cl-離子濃度(du)有關(guan),而(er)且還與(yu)其(qi)溶液中(zhong)(zhong)氧含(han)量(liang)(liang)有關(guan)。從圖3-9中(zhong)(zhong)可(ke)以看出,盡管(guan)溶液中(zhong)(zhong)的Cl-離子濃度(du)很(hen)高(gao),但氧含(han)量(liang)(liang)較少時(shi)或者(zhe)Cl-離子濃度(du)較低,而(er)氧含(han)量(liang)(liang)較高(gao)時(shi),均不(bu)會(hui)引起應(ying)力腐(fu)(fu)蝕。在堿性水溶液中(zhong)(zhong),特別是(shi)接近沸(fei)點的高(gao)溫時(shi),奧氏體型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼也(ye)易發生(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕。
2. 應力條(tiao)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(dao)致(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)因素是(shi)多方(fang)面(mian)的(de),預防措施也是(shi)多方(fang)面(mian)的(de)。總而言之,要控制載荷和內應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)拉(la)伸分(fen)量的(de)總水(shui)平,不(bu)(bu)可超過相(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)環境中產(chan)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻值。大家知(zhi)道,一(yi)(yi)般焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)焊(han)縫(feng)和近縫(feng)區(qu)的(de)殘(can)余(yu)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)可達到鋼(gang)(gang)材屈服強度的(de)水(shui)平,即已(yi)遠遠超過了應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻值。也就(jiu)是(shi)說,不(bu)(bu)經消(xiao)除應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)處(chu)(chu)理的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭,一(yi)(yi)旦處(chu)(chu)于應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕的(de)環境中,會不(bu)(bu)可避免地發(fa)(fa)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕斷裂。通常在焊(han)接(jie)以前可預制一(yi)(yi)個變形并(bing)在焊(han)后(hou)錘擊(ji)焊(han)縫(feng)來(lai)松弛殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li);或者將不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)構件作(zuo)(zuo)(zuo)高于820℃熱處(chu)(chu)理來(lai)消(xiao)除焊(han)接(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。對(dui)于18-8型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),在它(ta)的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)體相(xiang)變點溫度(50~100℃)下進(jin)行加工,產(chan)生冷作(zuo)(zuo)(zuo)硬化,使之發(fa)(fa)生相(xiang)變,形成(cheng)一(yi)(yi)定數量的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)體組(zu)織(zhi)。這(zhe)時在相(xiang)同(tong)附加應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)下,可以發(fa)(fa)現,它(ta)比未(wei)發(fa)(fa)生馬(ma)(ma)氏(shi)體相(xiang)變的(de)18-8型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有較好的(de)抗應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕性能。但若冷作(zuo)(zuo)(zuo)變形量過大,則會產(chan)生過量的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)體組(zu)織(zhi),對(dui)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕性能會起相(xiang)反的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。
3. 材料條件
一般情況(kuang)下(xia),特別純(chun)的(de)金(jin)(jin)屬不(bu)會產生應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)大多發生在合(he)(he)金(jin)(jin)(含(han)雜質的(de)工業純(chun)金(jin)(jin)屬也屬于合(he)(he)金(jin)(jin))中(zhong)在晶(jing)界上的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)元素(su)(su)偏析是引(yin)起合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)晶(jing)間型(xing)開裂的(de)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)重(zhong)要(yao)因素(su)(su)之一。隨著鋼(gang)中(zhong)鎳和碳含(han)量增(zeng)加,可(ke)以提(ti)高奧氏體(ti)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)抗應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)(li)。而鋼(gang)中(zhong)鈮、鈦、鉬、氮等元素(su)(su)含(han)量的(de)提(ti)高,易引(yin)起應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)傾向,微量的(de)磷、砷、銻(ti)、鉍更能促使應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂紋的(de)形成。
在奧氏(shi)體(ti)型不(bu)銹鋼中(zhong)增加鐵素(su)體(ti)含量,可使鐵素(su)體(ti)組織(zhi)在奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)中(zhong)阻(zu)礙裂紋的(de)發展,從而提高其耐(nai)應力腐蝕的(de)能(neng)力。但鐵素(su)體(ti)的(de)體(ti)積分數不(bu)宜超過60%,不(bu)然又(you)將逐步使性能(neng)下降(jiang)。
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(ying)力腐蝕開(kai)裂的。