不銹鋼制的機器、配管等由于外圍大氣層的緣故而發生應力腐蝕斷裂,這一點很早就為人們所認識了。根據美國DuPont公司1950年發布的報告,僅他們公司本身就發生了40起同類事例。這種斷裂一般被稱為外應力腐蝕斷裂(external stress corro-sion cracking,略稱ESCC),發生位置主要分為兩類:一種是斷裂發生位置表面有保溫材料的時候;另一種是沒有保溫材料,在裸露不銹鋼上直接發生。前者主要是雨水等通過外部的保溫材料(用來保護內部流體的溫度)達到鋼表面,雨水和保溫材料中的氯離子凝聚在表面從而引起斷裂。因此以美國為主,主要通過Wick試驗和MIL規格試驗來研究各種因子的影響,后來決定要把重點放在保溫材料的選定而不是材料上。這種斷裂就本質上來說是水溶液中的應力腐蝕斷裂,此外,大久保對此也發表過評論,這里省略不提。下面主要探討一下裸露表面發生的斷裂問題。


 在(zai)海邊的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)工廠里,內部(bu)(bu)液體(ti)溫(wen)(wen)度較(jiao)低且外部(bu)(bu)沒有(you)(you)(you)保(bao)溫(wen)(wen)材(cai)(cai)料的(de)(de)SUS304鋼(gang)制器具、配管等,曾經(jing)發生過由大(da)(da)氣造成的(de)(de)晶(jing)間斷(duan)裂現(xian)象。與外部(bu)(bu)有(you)(you)(you)保(bao)溫(wen)(wen)材(cai)(cai)料的(de)(de)斷(duan)裂相比,這(zhe)(zhe)尚屬新問題,在(zai)日(ri)本大(da)(da)概是1975年(nian)以(yi)后才出現(xian)。1981、1982年(nian)曾有(you)(you)(you)這(zhe)(zhe)類事(shi)例(li)(li)報告(gao),而(er)且其(qi)他地方也出現(xian)過同類事(shi)例(li)(li),從而(er)引起人們(men)的(de)(de)關(guan)注,因此在(zai)1984年(nian)(社)化(hua)(hua)學(xue)工學(xue)協(xie)會化(hua)(hua)學(xue)裝(zhuang)置材(cai)(cai)料委(wei)員(yuan)會的(de)(de)腐蝕分(fen)科會上,對由ESCC造成損傷的(de)(de)實際情況進行了(le)調(diao)查。根據此次調(diao)查結果(guo),在(zai)110例(li)(li)損傷事(shi)件中有(you)(you)(you)47例(li)(li)(接近半數(shu))是在(zai)裸(luo)露使用(外部(bu)(bu)沒有(you)(you)(you)保(bao)溫(wen)(wen)材(cai)(cai)料)情況下(xia)發生的(de)(de)斷(duan)裂,問題非常嚴(yan)重。根據此調(diao)查報告(gao),損傷的(de)(de)部(bu)(bu)位(wei)(wei)多見于(yu)(yu)焊接部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)熱影響(xiang)部(bu)(bu)位(wei)(wei),材(cai)(cai)料幾乎全部(bu)(bu)是SUS304型鋼(gang),內部(bu)(bu)液體(ti)的(de)(de)溫(wen)(wen)度半數(shu)集中于(yu)(yu)50℃以(yi)下(xia)(外部(bu)(bu)有(you)(you)(you)保(bao)溫(wen)(wen)材(cai)(cai)料的(de)(de)情況下(xia)為(wei)50~150℃),斷(duan)裂形(xing)態雖有(you)(you)(you)穿晶(jing)裂紋,但(dan)大(da)(da)部(bu)(bu)分(fen)屬于(yu)(yu)晶(jing)間斷(duan)裂。此外其(qi)表面還附著有(you)(you)(you)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)氯(lv)化(hua)(hua)物。


 目前,針對(dui)(dui)影響(xiang)斷(duan)裂因素的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)室研(yan)究正在進行(xing)。中村在1985年針對(dui)(dui)損傷事(shi)例的(de)(de)(de)(de)(de)解析(xi)結(jie)果(guo)及(ji)實驗(yan)室中鹽(yan)水(shui)噴(pen)霧(wu)-干燥的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)復試驗(yan)結(jie)果(guo)做(zuo)了(le)報(bao)(bao)告。此(ci)(ci)份報(bao)(bao)告從(cong)事(shi)例解析(xi)人手,認為由大氣(qi)造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂是材料(liao)反(fan)應的(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)(min)化、大氣(qi)中所含的(de)(de)(de)(de)(de)海鹽(yan)粒子及(ji)材料(liao)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)銹等(deng)因素相(xiang)互作用的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo),進而通過1%NaCl+0.5%H2O2水(shui)溶液中的(de)(de)(de)(de)(de)干燥反(fan)復噴(pen)霧(wu)試驗(yan),再現了(le)這一斷(duan)裂現象,表(biao)明在敏(min)(min)化熱處理之前進行(xing)低溫加工,使SUS304鋼預(yu)先發生(sheng)形(xing)變,這樣其粒界斷(duan)裂的(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)(min)感性會大大增強(qiang)。此(ci)(ci)外(wai),該報(bao)(bao)告還證實了(le)低碳(tan)化及(ji)穩定化不(bu)銹鋼、帶有表(biao)面樹脂涂層的(de)(de)(de)(de)(de)SUS304 型(xing)鋼具有抗(kang)斷(duan)裂性能。此(ci)(ci)外(wai),同年(1985年),笠原等(deng)人在英國ICI社(she)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上(shang),用50℃的(de)(de)(de)(de)(de)人工海水(shui)對(dui)(dui)U字(zi)形(xing)敏(min)(min)化304鋼做(zuo)了(le)100天的(de)(de)(de)(de)(de)連續(xu)噴(pen)霧(wu)試驗(yan),證實了(le)鋁(lv)箔對(dui)(dui)生(sheng)銹的(de)(de)(de)(de)(de)304鋼具有擦光效果(guo)。


 另一方面,莊司等人(1986年)把含有(you)(you)各(ge)種(zhong)氯(lv)化(hua)物的(de)滴(di)液(ye)滴(di)在(zai)(zai)(zai)尚未敏化(hua)的(de)SUS304及SUS316L鋼的(de)U字形試(shi)驗(yan)片(pian)上,并把這些試(shi)驗(yan)片(pian)置于50~70℃的(de)環境下(xia)進行(xing)試(shi)驗(yan),結(jie)果發(fa)現根據氯(lv)化(hua)物種(zhong)類的(de)不同(tong),在(zai)(zai)(zai)各(ge)自固有(you)(you)的(de)濕度(du)下(xia)最容易斷裂,由海水(shui)引起的(de)斷裂是MgCl2作用(yong)的(de)結(jie)果。之后,他們(1989年)用(yong)兩年的(de)時間在(zai)(zai)(zai)室內溫度(du)下(xia)進行(xing)了同(tong)樣(yang)的(de)試(shi)驗(yan),結(jie)果只(zhi)有(you)(you)滴(di)有(you)(you)NaCl溶(rong)液(ye)的(de)試(shi)驗(yan)片(pian)沒有(you)(you)斷裂,而滴(di)有(you)(you)人工(gong)海水(shui)或(huo)MgCl2溶(rong)液(ye)的(de)試(shi)驗(yan)片(pian)在(zai)(zai)(zai)30%~40%左右的(de)相對溫度(du)下(xia)就(jiu)會發(fa)生斷裂。


圖 17.jpg


 1987年竹本等人認為造成已敏化的SUS304 低溫斷裂的有害因素除了大氣中存在的氯離子之外,還包括因焊接和焊接后的表面處理而產生的氟離子,就此他們做了試驗,結果表明氟離子極為有害,正如圖7.17 所示,即使在0.00001%~0.0001%這樣較低的濃度下,也是有害的。而且,梅村等(1987年)為了明確影響斷裂的因素,對已敏化的SUS304 進行了大氣暴露試驗和實驗室性質的研究。其中,大氣暴露試驗的結果表明與被雨淋的環境相比,沒有直接被雨淋的環境更易導致斷裂的發生,進而他們得出了與上述莊司等人相同的結論:溫度、濕度、鹽的吸濕性等影響鹽干燥程度的條件是影響斷裂的重要因素,特別是海鹽粒子中所含的MgCl2使得SUS304極易斷裂。


 進而,都島等(1987年)在海邊做了兩年的暴露試驗,來研究敏化熱處理與各種涂漆對304不銹鋼(gang)304L不銹鋼316不銹(xiu)鋼(gang)316L不銹鋼斷裂的影響,結果發現只有敏化的未經噴涂的304鋼才會發生斷裂,從而證明了噴涂能有效防止斷裂。


表 9.jpg


 根(gen)據上(shang)述研究結果,我(wo)們(men)也能(neng)明(ming)確(que)解釋導(dao)致(zhi)ESCC在(zai)裸露使(shi)用情況下產(chan)生(sheng)斷裂的(de)(de)(de)原因(yin),而防止斷裂的(de)(de)(de)對策也正如(ru)中原、尾崎所(suo)做的(de)(de)(de)表(biao)7.9(1991年)所(suo)示。表(biao)7.9也列出(chu)了使(shi)用保溫材(cai)料(liao)時的(de)(de)(de)對策,但不管何種(zhong)情況,現在(zai)都采用可信度較(jiao)高的(de)(de)(de)噴涂法(fa)(fa),因(yin)為這一辦法(fa)(fa)尚未(wei)得(de)到充分的(de)(de)(de)證明(ming),所(suo)以今(jin)后也值得(de)予以關注。