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(gang)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(huan)境因素
環境(jing)對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)影(ying)響(xiang)較為(wei)復雜,含(han)鹵素離(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)介質(zhi)、高(gao)溫(wen)純水、硫(liu)化物(wu)環境(jing)等都能引起奧(ao)氏體不(bu)銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。所有(you)的(de)研(yan)究(jiu)一致表明:在(zai)相同的(de)條(tiao)件下,應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏(min)感性隨著(zhu)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)含(han)量的(de)增(zeng)大(da)而升高(gao)。在(zai)不(bu)同的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)下,存在(zai)一定的(de)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)臨界濃度(du)(du)(du)(du)。在(zai)有(you)些場合,介質(zhi)中氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)平均濃度(du)(du)(du)(du)很低,但(dan)是(shi)(shi)也會發(fa)生應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷裂現(xian)象,這主(zhu)要是(shi)(shi)由氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)局部富集引起的(de)。溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao),應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏(min)感性增(zeng)大(da),但(dan)是(shi)(shi)并不(bu)具有(you)線性影(ying)響(xiang)規律,當(dang)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)較高(gao)時(shi),對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)影(ying)響(xiang)的(de)變(bian)化程度(du)(du)(du)(du)減緩。溫(wen)度(du)(du)(du)(du)對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)(shi)因為(wei)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao),化學(xue)反應(ying)(ying)速率(lv)增(zeng)加,金(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)增(zeng)加。pH值是(shi)(shi)影(ying)響(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開裂的(de)另一重要因素,材料內應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能隨著(zhu)pH的(de)降(jiang)(jiang)低而降(jiang)(jiang)低,但(dan)當(dang)pH<2時(shi),腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)類(lei)型變(bian)為(wei)全面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。圖(tu)5-6是(shi)(shi)Truman對(dui)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)、氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)濃度(du)(du)(du)(du)、pH綜合影(ying)響(xiang)的(de)研(yan)究(jiu)結果(guo)。從圖(tu)中可(ke)以看出(chu),隨著(zhu)pH的(de)降(jiang)(jiang)低,引起應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)臨界濃度(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)低。介質(zhi)中氧氣濃度(du)(du)(du)(du)升高(gao),SCC敏(min)感性增(zeng)大(da)。

3. 力學因(yin)素
與其他(ta)腐(fu)蝕(shi)類型相比較(jiao),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)必不可(ke)少的(de)(de)條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工(gong)作(zuo)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、熱(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),或者由(you)于(yu)腐(fu)蝕(shi)產物引(yin)(yin)起的(de)(de)擴張力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),一般(ban)認為應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)是(shi)(shi)(shi)由(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)起的(de)(de),但是(shi)(shi)(shi)也(ye)有研(yan)究人員認為壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)也(ye)可(ke)以引(yin)(yin)起應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)。部(bu)分(fen)研(yan)究者認為,應(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)(shi)控制(zhi)SCC裂紋萌生與發(fa)展的(de)(de)主(zhu)因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)率增加(jia)。焊接(jie)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)工(gong)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)引(yin)(yin)起SCC的(de)(de)主(zhu)要(yao)原因(yin),據(ju)統計(ji),80%的(de)(de)SCC是(shi)(shi)(shi)由(you)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)造成的(de)(de)。加(jia)工(gong)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)(shi)由(you)沖壓(ya)成型、管和(he)筒體(ti)冷彎、脹接(jie)、擴口等工(gong)藝引(yin)(yin)起的(de)(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)容(rong)器和(he)管道(dao)中,焊接(jie)部(bu)位由(you)于(yu)存在焊接(jie)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)疊加(jia),更是(shi)(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)易(yi)發(fa)生地,某企業(ye)2臺(tai)氫化塔發(fa)生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)部(bu)位如圖(tu)5-7所示。

對于圖(tu)5-7所(suo)示的薄(bo)壁內壓容(rong)器,其環向(xiang)和經向(xiang)應力可采用(yong)回轉薄(bo)殼(ke)的薄(bo)膜應力分析理(li)論分析,受力圖(tu)如圖(tu)5-8所(suo)示。環向(xiang)應力。。的計算(suan)公式為

在含氯離子(zi)環境(jing)中,即使殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)較(jiao)小,也可能(neng)會引起應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕,這是(shi)因為材料表面缺陷容易引起點蝕,點蝕坑會造成應(ying)(ying)(ying)力(li)集中,加速裂紋(wen)萌生。某一公司的換(huan)熱(re)器服(fu)役一年多(duo)后換(huan)熱(re)管因應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕造成泄(xie)漏(lou),泄(xie)漏(lou)部位并(bing)不(bu)在焊接部位處,如圖(tu)5-9所(suo)示。

奧氏體不銹鋼換熱(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。



