部件的使用壽命與工作環境(機械和化學的)、維修質量和設計有關。由于不銹鋼管構件工作環境復雜,產生缺陷的原因也不盡相同。當不(bu)銹鋼管部件使用一段時間之后,需要對其進行質量檢測與評價,以預測其使用壽命,之后根據不銹鋼管檢測質量可采取降級使用、維修或報廢處理等措施。
鐵磁性材料常見的在役過程中形成的缺陷位置及成因(yin)見表1-4。
1. 疲勞(lao)裂紋
疲勞裂(lie)紋(wen)是由(you)周期性加載應力形成的(de),這種應力值雖然低于材料的(de)極限抗拉強度(du),但還(huan)是足以產生裂(lie)紋(wen)或使原(yuan)有的(de)裂(lie)紋(wen)擴展。
疲(pi)勞裂紋(wen)可以(yi)從諸(zhu)如機加工痕跡(ji)或刀痕處(chu)、材料(liao)表面或附近的非金屬夾雜物、空隙、孔、槽(cao)等高應(ying)力區形(xing)成,甚至也會在光滑(hua)的表面上產生。
隨著承受的應(ying)(ying)力(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)增加,疲勞裂紋首先(xian)在裂紋尖端開始擴(kuo)展,然后隨每個(ge)周期應(ying)(ying)力(li)而逐漸增大,其增量正比于(yu)應(ying)(ying)力(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du),這種過(guo)程一直持續到此(ci)應(ying)(ying)力(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)到達臨界值(zhi)而發生斷裂為止(zhi)。應(ying)(ying)力(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)臨界值(zhi)也稱(cheng)斷裂韌(ren)度(du)(du)(du),每種材料的斷裂韌(ren)度(du)(du)(du)不(bu)相同。
2. 應力腐蝕裂紋
應力腐蝕裂紋是一種機械斷裂,是拉伸靜載荷與環境腐蝕共同影響的結果。這里所述的應力,既包括實際施加的,也包括殘余應力。之所以產生殘余應力,其中最普遍的一個原因就是焊縫金屬冷卻時收縮所致。
環境腐蝕對不同材料的作用有所不同,就某些普通材料而言,能被環境腐蝕的有:暴露在咸水中的鋁和奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼,暴露在氨中的銅及其合金,以及暴露在氫氧化鈉中的軟鋼。
應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕產生的(de)(de)脆性斷(duan)裂(lie),可以是晶間的(de)(de),也可以是穿晶的(de)(de),這取決(jue)于合金的(de)(de)種(zhong)類(lei)和腐(fu)(fu)蝕環境。在(zai)大(da)多數情況下,微細的(de)(de)裂(lie)紋往往透入部(bu)件的(de)(de)橫截面(mian),而在(zai)表面(mian)上只是顯示一(yi)點(dian)腐(fu)(fu)蝕痕跡。
為了保持最小的應力(li)強度,必須注意防止應力(li)集中,如(ru)刀痕、電弧坑(keng)和(he)接(jie)近表(biao)面的大型非(fei)金(jin)屬夾雜物。
3. 氫裂紋
氫(qing)(qing)(qing)(qing)裂紋(wen)或(huo)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆是一(yi)種機械斷(duan)裂,是由于部件在氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質的腐(fu)蝕環境中使用并(bing)同時加載應力(li)或(huo)殘(can)余應力(li)而(er)形成(cheng)的。氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質可(ke)通(tong)過諸如電鍍、酸洗、潮濕空氣(qi)中施焊或(huo)它自身溶(rong)解(jie)滲入材料等過程產生,也(ye)可(ke)能來自腐(fu)蝕,如硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)(qing)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)、水、沼氣(qi)或(huo)氨等。
如(ru)果材料表面(mian)沒有(you)裂(lie)紋或不存在高應(ying)力(li)處,則氫(qing)可以(yi)擴散進入金屬(shu),導致金屬(shu)材料常在近表面(mian)處開裂(lie),因為(wei)此處形(xing)成三維應(ying)力(li)的(de)(de)空間最(zui)大。在低(di)強度合金中,由此導致開裂(lie)的(de)(de)空間,稱(cheng)為(wei)氫(qing)氣泡。
假如裂紋(wen)(wen)(wen)早已存在,則可(ke)以(yi)很容易地看到(dao)氫引起的(de)裂紋(wen)(wen)(wen)有一個(ge)共同的(de)特點,即在原(yuan)裂紋(wen)(wen)(wen)尖(jian)端(duan)開裂擴(kuo)展。
在(zai)許多(duo)實例中,氫早在(zai)部(bu)件投(tou)入(ru)使用之前就已存在(zai)于金(jin)屬(shu)內部(bu),因為材料(liao)開始凝(ning)固和施焊期間,氫很容易(yi)被熔化金(jin)屬(shu)吸收滲入(ru);在(zai)高溫和在(zai)某些情(qing)況下,氫的溶解度非(fei)常之高,以致冷卻時金(jin)屬(shu)具有的氫已呈飽和狀態。
氫裂(lie)紋(wen)沿晶界分布,很少(shao)呈分叉狀。當這種(zhong)裂(lie)紋(wen)由于氣泡或靜態載荷(he)形成時,它(ta)總是位于部件表面之下(xia)。氫裂(lie)紋(wen)還可以出(chu)現(xian)在部件皮下(xia)或應力高的部位。
4. 腐蝕坑
應(ying)用(yong)于石(shi)油(you)行業的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)構件,如鉆(zhan)桿、套(tao)管(guan)、輸油(you)管(guan)道等(deng),當(dang)輸送石(shi)油(you)、鉆(zhan)井液(ye)等(deng)流動腐(fu)蝕(shi)介質時,不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)會(hui)受(shou)到腐(fu)蝕(shi)和沖(chong)刷作用(yong),并(bing)且部分構件所受(shou)應(ying)力復雜,容易產生(sheng)腐(fu)蝕(shi)坑,使不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼管(guan)管(guan)壁減(jian)薄。在某些惡劣的(de)工(gong)作環境下,腐(fu)蝕(shi)坑進(jin)一步擴展,可(ke)能產生(sheng)刺穿,從而使構件失效。