由于不同材料+環境體系的應(ying)力(li)腐蝕(shi)影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧(ao)氏體不(bu)銹鋼應力腐蝕的因素,分別從材料、環境和力學三個方面論述。


1. 材料因素


  鉻和鎳是奧氏體不銹鋼的基本元素。其中,鉻與空氣中的氧生成氧化物,提高了鈍化膜的穩定性。鎳使不銹鋼內部形成穩定的奧氏體組織,隨著鎳含量的提高,不銹鋼耐應力腐蝕的能力提高。鉬可以強化不銹鋼基體,當鉬含量小于2.5%時,應力腐蝕敏感性隨著鉬含量增加而加大;當鉬含量大于5%時,影響規律相反。適當的氮元素能夠提高奧氏體不銹鋼組織的穩定性,大多數研究認為氮元素的加入可以減小應力腐蝕敏感性,但是也有的研究表明:在氯離子環境中,奧氏體不銹鋼耐應力腐蝕性能隨氮含量的增大而降低。硫元素會增加氯脆的敏感性。


  材料的耐應力腐蝕性能也與晶粒大小、組織結構密切相關。細晶粒可以降低應力腐蝕敏感性。奧氏體不銹鋼中少量的鐵素體組織可以提高耐應力腐蝕開裂(SCC)性能;馬氏體組織會增加應力腐蝕敏感性,奧氏體不銹鋼中的馬氏體主要是在冷變形、焊接等過程產生的。


2. 環境因素


  環境對(dui)(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的影響(xiang)(xiang)較(jiao)為復雜,含鹵素(su)離(li)子的介質、高(gao)溫(wen)(wen)(wen)純水(shui)、硫化(hua)物環境等都能引(yin)起(qi)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)。所有(you)的研(yan)究(jiu)一致表明:在相同(tong)(tong)的條件下,應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)(gan)性隨(sui)著(zhu)氯(lv)離(li)子含量的增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)而(er)升高(gao)。在不同(tong)(tong)的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)下,存在一定的氯(lv)離(li)子臨(lin)(lin)界(jie)濃度(du)(du)(du)(du)(du)(du)。在有(you)些(xie)場合,介質中氯(lv)離(li)子平均濃度(du)(du)(du)(du)(du)(du)很(hen)低(di),但(dan)是也會發生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂現象,這主要(yao)是由氯(lv)離(li)子在局部富集引(yin)起(qi)的。溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)(gan)性增(zeng)(zeng)(zeng)大(da),但(dan)是并不具有(you)線性影響(xiang)(xiang)規律,當溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)較(jiao)高(gao)時,對(dui)(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)影響(xiang)(xiang)的變化(hua)程度(du)(du)(du)(du)(du)(du)減緩。溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)對(dui)(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的影響(xiang)(xiang)是因為溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),化(hua)學反應(ying)(ying)(ying)速率增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia),金屬(shu)腐(fu)(fu)蝕(shi)速率增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)。pH值是影響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂的另一重要(yao)因素(su),材料內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能隨(sui)著(zhu)pH的降(jiang)(jiang)低(di)而(er)降(jiang)(jiang)低(di),但(dan)當pH<2時,腐(fu)(fu)蝕(shi)類型(xing)變為全面腐(fu)(fu)蝕(shi)。圖5-6是Truman對(dui)(dui)(dui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)、氯(lv)離(li)子濃度(du)(du)(du)(du)(du)(du)、pH綜合影響(xiang)(xiang)的研(yan)究(jiu)結果。從圖中可(ke)以(yi)看出,隨(sui)著(zhu)pH的降(jiang)(jiang)低(di),引(yin)起(qi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的氯(lv)離(li)子臨(lin)(lin)界(jie)濃度(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)低(di)。介質中氧氣濃度(du)(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),SCC敏感(gan)(gan)性增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)。


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3. 力學(xue)因素


  與其他腐(fu)蝕類型(xing)相比(bi)較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕必不可(ke)少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)及(ji)結構應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li),或者由于(yu)腐(fu)蝕產物引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)張力(li)(li)(li)(li)(li)(li),一(yi)般認為應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕是(shi)由拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),但(dan)是(shi)也有研(yan)究人員認為壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)也可(ke)以引(yin)起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕。部分(fen)研(yan)究者認為,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)控(kong)制SCC裂(lie)紋萌(meng)生(sheng)與發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)(zeng)大使(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)率增(zeng)(zeng)加。焊接殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加工殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)引(yin)起(qi)(qi)SCC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)原因,據統計,80%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)SCC是(shi)由殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)造(zao)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。加工殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)主要(yao)是(shi)由沖壓(ya)成型(xing)、管和(he)筒體冷彎、脹接、擴(kuo)口等工藝引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)容器和(he)管道(dao)中(zhong),焊接部位(wei)由于(yu)存在焊接殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加工應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)疊加,更是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕易(yi)發生(sheng)地,某(mou)企業2臺氫化塔發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部位(wei)如圖5-7所示。


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  對(dui)于(yu)圖5-7所示的薄壁內壓(ya)容器,其環(huan)向和(he)經向應(ying)力可采(cai)用(yong)回轉薄殼的薄膜應(ying)力分析理論(lun)分析,受力圖如圖5-8所示。環(huan)向應(ying)力。。的計算公(gong)式為


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  在(zai)含氯離(li)子環境中,即使(shi)殘余應(ying)力較小,也(ye)可能會引起(qi)(qi)應(ying)力腐(fu)蝕(shi),這是因(yin)為材料表面缺陷(xian)容易引起(qi)(qi)點蝕(shi),點蝕(shi)坑會造成應(ying)力集中,加速裂紋萌生(sheng)。某一(yi)公司的換(huan)熱(re)器服役一(yi)年多后換(huan)熱(re)管因(yin)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)造成泄漏,泄漏部位并不在(zai)焊接部位處,如圖5-9所(suo)示。


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  奧氏體不銹鋼(gang)換熱管(guan)經冷拔后,經過固溶處理,再通過矯直消除管子的變形,但是矯直處理使管子產生較高的殘余應力。表5-1給出了三種材料的管子經冷拔-固溶-矯直之后的殘余應力值。


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