由于不同材料+環境體系的應力(li)腐蝕(shi)影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏體(ti)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(kai)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


  環境對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)較為復(fu)雜(za),含鹵素離(li)子(zi)的(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)溫(wen)純水、硫化(hua)物環境等都能(neng)引(yin)起(qi)奧氏體不銹(xiu)鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)研(yan)究一致表明:在(zai)相同的(de)(de)(de)條件下,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性(xing)隨著(zhu)氯(lv)離(li)子(zi)含量的(de)(de)(de)增大而(er)升(sheng)高(gao)。在(zai)不同的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)下,存在(zai)一定的(de)(de)(de)氯(lv)離(li)子(zi)臨界濃度(du)(du)。在(zai)有(you)些場(chang)合,介(jie)質中(zhong)氯(lv)離(li)子(zi)平(ping)均濃度(du)(du)很低(di),但是也會(hui)發生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷裂(lie)(lie)現(xian)象,這主(zhu)要(yao)是由氯(lv)離(li)子(zi)在(zai)局部富集引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)。溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao),應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性(xing)增大,但是并不具(ju)有(you)線(xian)性(xing)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)規律,當溫(wen)度(du)(du)較高(gao)時,對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)程度(du)(du)減緩(huan)。溫(wen)度(du)(du)對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)是因(yin)為溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao),化(hua)學(xue)反應(ying)(ying)速率增加,金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)速率增加。pH值是影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)另一重要(yao)因(yin)素,材料內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而(er)降(jiang)低(di),但當pH<2時,腐(fu)蝕(shi)(shi)類型變(bian)為全面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。圖5-6是Truman對溫(wen)度(du)(du)、氯(lv)離(li)子(zi)濃度(du)(du)、pH綜合影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)研(yan)究結果。從圖中(zhong)可以(yi)看出,隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di),引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)氯(lv)離(li)子(zi)臨界濃度(du)(du)降(jiang)低(di)。介(jie)質中(zhong)氧氣濃度(du)(du)升(sheng)高(gao),SCC敏(min)感性(xing)增大。


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3. 力學因(yin)素


  與其(qi)他腐(fu)(fu)蝕類型(xing)相比(bi)較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕必不可少的(de)(de)條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)來源于(yu)工(gong)(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)、殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)及(ji)結(jie)構(gou)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li),或者由于(yu)腐(fu)(fu)蝕產物(wu)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)擴張力(li),一(yi)般認為應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕是(shi)(shi)由拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de),但(dan)是(shi)(shi)也有研究人員(yuan)認為壓(ya)(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)也可以引(yin)(yin)起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕。部(bu)(bu)分研究者認為,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)控(kong)制SCC裂紋萌生(sheng)與發展的(de)(de)主因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)增大(da)使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率增加(jia)。焊(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)和加(jia)工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)是(shi)(shi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)SCC的(de)(de)主要原因(yin),據(ju)統(tong)計,80%的(de)(de)SCC是(shi)(shi)由殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)造成的(de)(de)。加(jia)工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)主要是(shi)(shi)由沖壓(ya)(ya)(ya)成型(xing)、管和筒體(ti)冷(leng)彎、脹接(jie)、擴口等工(gong)(gong)藝(yi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)。壓(ya)(ya)(ya)力(li)容器(qi)和管道中(zhong),焊(han)接(jie)部(bu)(bu)位(wei)由于(yu)存在(zai)焊(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)和加(jia)工(gong)(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)疊加(jia),更是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕易發生(sheng)地,某企業(ye)2臺(tai)氫化塔發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)部(bu)(bu)位(wei)如(ru)圖5-7所(suo)示(shi)。


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  對(dui)于圖5-7所示的薄(bo)壁內(nei)壓容器(qi),其環(huan)向和(he)經向應力(li)(li)可采用(yong)回轉薄(bo)殼的薄(bo)膜應力(li)(li)分析理論(lun)分析,受力(li)(li)圖如圖5-8所示。環(huan)向應力(li)(li)。。的計算公式(shi)為(wei)


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  在含(han)氯離子環(huan)境(jing)中,即使(shi)殘余應(ying)力較小,也可(ke)能會引起應(ying)力腐(fu)蝕,這(zhe)是(shi)因為材料表面缺陷容(rong)易引起點蝕,點蝕坑會造成應(ying)力集中,加速裂紋萌生。某一(yi)公(gong)司(si)的(de)換(huan)熱器服役一(yi)年多后換(huan)熱管因應(ying)力腐(fu)蝕造成泄漏(lou),泄漏(lou)部位(wei)并不在焊(han)接(jie)部位(wei)處,如圖5-9所示。


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  奧氏體不銹鋼換(huan)熱(re)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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