由于不同材料+環境體系的應力腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧(ao)氏(shi)體不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(li)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(jing)因素


  環境對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響較(jiao)為(wei)復雜,含(han)鹵素離子(zi)的(de)(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)溫(wen)純水、硫化(hua)物環境等都能引(yin)起奧氏(shi)體不銹鋼應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。所有的(de)(de)(de)(de)研究一(yi)致表明(ming):在(zai)(zai)相同的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下,應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)性(xing)隨著氯離子(zi)含(han)量的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大而升(sheng)高(gao)。在(zai)(zai)不同的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)下,存在(zai)(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)氯離子(zi)臨界濃(nong)度(du)。在(zai)(zai)有些場(chang)合(he),介(jie)質中氯離子(zi)平均濃(nong)度(du)很低(di),但(dan)是(shi)(shi)也會發生應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)斷裂現(xian)象,這主要是(shi)(shi)由氯離子(zi)在(zai)(zai)局部富(fu)集(ji)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)。溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao),應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)性(xing)增(zeng)(zeng)大,但(dan)是(shi)(shi)并不具有線(xian)性(xing)影(ying)響規律,當溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)時(shi),對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)影(ying)響的(de)(de)(de)(de)變化(hua)程度(du)減(jian)緩。溫(wen)度(du)對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響是(shi)(shi)因(yin)為(wei)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao),化(hua)學反應(ying)速率(lv)增(zeng)(zeng)加,金屬(shu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)增(zeng)(zeng)加。pH值是(shi)(shi)影(ying)響應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)另(ling)一(yi)重(zhong)要因(yin)素,材料內應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di)而降(jiang)(jiang)低(di),但(dan)當pH<2時(shi),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型變為(wei)全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。圖5-6是(shi)(shi)Truman對溫(wen)度(du)、氯離子(zi)濃(nong)度(du)、pH綜(zong)合(he)影(ying)響的(de)(de)(de)(de)研究結果(guo)。從圖中可(ke)以看出,隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di),引(yin)起應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)氯離子(zi)臨界濃(nong)度(du)降(jiang)(jiang)低(di)。介(jie)質中氧(yang)氣(qi)濃(nong)度(du)升(sheng)高(gao),SCC敏感(gan)性(xing)增(zeng)(zeng)大。


6.jpg


3. 力學因素


  與(yu)其他(ta)腐蝕類型相比較(jiao),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕必(bi)不可少的(de)條(tiao)件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)及結構(gou)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),或者由(you)(you)于(yu)腐蝕產物引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)擴張力(li)(li)(li)(li),一(yi)般認(ren)為(wei)(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕是由(you)(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de),但是也有研究人員(yuan)認(ren)為(wei)(wei)壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)也可以(yi)引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕。部(bu)分(fen)研究者認(ren)為(wei)(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是控制SCC裂紋(wen)萌生與(yu)發展的(de)主(zhu)因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率(lv)增加(jia)。焊接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和加(jia)工(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)SCC的(de)主(zhu)要原因(yin),據統計,80%的(de)SCC是由(you)(you)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)。加(jia)工(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是由(you)(you)沖壓成(cheng)型、管(guan)和筒體冷彎(wan)、脹接(jie)、擴口等工(gong)藝引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)。壓力(li)(li)(li)(li)容器和管(guan)道中,焊接(jie)部(bu)位由(you)(you)于(yu)存在焊接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和加(jia)工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)疊加(jia),更是應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕易發生地,某企業(ye)2臺氫(qing)化塔發生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕的(de)部(bu)位如圖5-7所(suo)示。


7.jpg


  對(dui)于圖5-7所示(shi)(shi)的薄壁內壓容器,其(qi)環向(xiang)和經(jing)向(xiang)應(ying)力可采用回轉薄殼的薄膜應(ying)力分(fen)析理論(lun)分(fen)析,受力圖如圖5-8所示(shi)(shi)。環向(xiang)應(ying)力。。的計(ji)算公式為


8.jpg


  在含氯離子環境中(zhong),即使殘余應力(li)較小,也可能會引起應力(li)腐蝕,這是因為材料表(biao)面缺陷(xian)容易引起點蝕,點蝕坑會造(zao)成應力(li)集中(zhong),加(jia)速裂紋萌生(sheng)。某(mou)一公司的換(huan)熱器服役(yi)一年多后換(huan)熱管(guan)因應力(li)腐蝕造(zao)成泄漏(lou),泄漏(lou)部位并不在焊接部位處,如圖5-9所示。


9.jpg


  奧氏體不銹(xiu)鋼換熱管經冷拔后,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。


表 1.jpg

式 3.jpg