浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力腐蝕(shi)斷(duan)裂(lie)條件主要有以下幾點:


1. 介質的影(ying)響


  應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫(qing)脆性應力腐蝕材料組合上有選擇性,在此特定組合之外的條件不會產生應力 裂紋擴展機理的示意圖腐蝕。引起不銹鋼應力腐蝕的介質,從美國全國腐蝕工程師協會提供的資料中選取一些數據列于表3-3。發生在敏感介質中應力腐蝕開裂的類型見表3-4。為了減輕或消除特定環境中的應力腐蝕,可以在介質中添加緩沖劑見表3-5。





  關于每種結構材料的(de)(de)應力腐蝕(shi)的(de)(de)介質體系是(shi)很(hen)復(fu)雜(za)的(de)(de)問題,難于簡明(ming)概括,必(bi)須根(gen)據具(ju)體環(huan)(huan)境具(ju)體分析。例如(ru),大(da)家都熟知的(de)(de)奧氏(shi)體型不銹鋼(gang)在Cl-環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)應力腐蝕(shi),不僅與溶液中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)Cl-離(li)子濃(nong)度(du)(du)有關,而且還與其(qi)溶液中(zhong)(zhong)(zhong)氧含(han)量有關。從圖3-9中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以看(kan)出,盡(jin)管溶液中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)Cl-離(li)子濃(nong)度(du)(du)很(hen)高,但氧含(han)量較(jiao)少時(shi)或者(zhe)Cl-離(li)子濃(nong)度(du)(du)較(jiao)低,而氧含(han)量較(jiao)高時(shi),均不會引起應力腐蝕(shi)。在堿性水(shui)溶液中(zhong)(zhong)(zhong),特別是(shi)接近(jin)沸點的(de)(de)高溫(wen)時(shi),奧氏(shi)體型不銹鋼(gang)也易發生應力腐蝕(shi)。


9.jpg


2. 應力條件(jian)


  應力腐蝕裂紋是應力和腐蝕介質共同作用的結果。腐蝕介質往往是不可選擇的,那么對應力腐蝕起主導調控作用的就是應力。應力腐蝕對應力也有選擇性,通常壓應力不會引起應力腐蝕裂紋,只有在拉應力的作用下才會導致應力腐蝕裂紋的產生。對于18-8型不銹鋼,由于它的導熱性差,線脹系數大,就會產生較大的焊接殘余應力。焊接殘余應力是焊接結構件產生應力腐蝕的主要來源。在應力腐蝕介質中,焊縫金屬和近縫區拉應力很容易產生裂紋,而使焊接構件滲漏,直至斷裂。雖說壓應力不會引起應力腐蝕,但是隨著裂紋的擴展,應力也會發生重新分布,最初的壓應力部位也會有裂紋擴展的可能性。彎曲加工、拉拔矯正產生的殘余應力和焊接殘余應力的疊加,更能促使應力腐蝕的加速。在工作狀態下導致應力腐蝕的應力,往往是設計時未考慮到的。從表3-6可見,產生應力腐蝕的應力來自冷熱加工的比例也是驚人的,所以構件的制作加工,應給予足夠的重視。例如,一個焊接容器,其封頭和筒體都要經過下料、沖壓、卷圓和精加工,加工應變使材料的屈服強度上升,所產生的殘余應力也更大。若在這種應力狀態下再經過強行裝配焊接,焊接的殘余應力狀態將變得更為復雜,很可能大大促進應力腐蝕的產生、發展,甚至斷裂。曾用厚為6mm的18-8型不銹鋼焊接試板,在常溫下經過冷卻加工和拉伸后進行施焊,切成數塊焊接試樣浸漬到質量分數為42%的MgCl2沸騰的溶液中進行抗應力腐蝕試驗,在短時間內應力腐蝕裂紋就暴露出來了。這一實例也證實了上述說法。


表 6.jpg


  導(dao)致(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)因素是多(duo)(duo)方面(mian)的(de)(de)(de),預(yu)防措施也(ye)(ye)是多(duo)(duo)方面(mian)的(de)(de)(de)。總(zong)而言之(zhi),要控制載荷(he)和(he)內應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)拉伸分量的(de)(de)(de)總(zong)水平,不(bu)(bu)可(ke)(ke)超過(guo)相應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)環境(jing)中(zhong)產生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)門檻(jian)值。大家知道,一(yi)(yi)般焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)和(he)近縫(feng)(feng)區的(de)(de)(de)殘余(yu)(yu)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)可(ke)(ke)達到鋼材(cai)屈服強(qiang)度的(de)(de)(de)水平,即已遠遠超過(guo)了應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)門檻(jian)值。也(ye)(ye)就是說,不(bu)(bu)經消除(chu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)處理的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭,一(yi)(yi)旦處于應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)環境(jing)中(zhong),會不(bu)(bu)可(ke)(ke)避免地發生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷裂。通(tong)常在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)以前可(ke)(ke)預(yu)制一(yi)(yi)個變形(xing)并(bing)在(zai)焊(han)(han)后錘(chui)擊焊(han)(han)縫(feng)(feng)來(lai)松弛(chi)殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li);或者將不(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)構件作(zuo)(zuo)(zuo)高(gao)于820℃熱(re)處理來(lai)消除(chu)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)。對于18-8型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,在(zai)它(ta)的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體相變點(dian)溫度(50~100℃)下進行加工,產生冷作(zuo)(zuo)(zuo)硬化(hua),使(shi)之(zhi)發生相變,形(xing)成一(yi)(yi)定數量的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體組(zu)織(zhi)。這(zhe)時在(zai)相同(tong)附加應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)(zuo)用下,可(ke)(ke)以發現,它(ta)比未發生馬(ma)氏(shi)體相變的(de)(de)(de)18-8型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)。但若冷作(zuo)(zuo)(zuo)變形(xing)量過(guo)大,則會產生過(guo)量的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體組(zu)織(zhi),對耐應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)會起(qi)相反的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用。



3. 材(cai)料條件 


  一般情況下,特(te)別(bie)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)不會產生應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕,應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕大多發生在(zai)合金(含(han)雜(za)質的(de)(de)(de)(de)工業純(chun)(chun)金屬(shu)也屬(shu)于合金)中在(zai)晶界(jie)上(shang)的(de)(de)(de)(de)合金元素偏析是引起(qi)合金的(de)(de)(de)(de)晶間型(xing)開裂的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)重要因素之一。隨著(zhu)鋼中鎳(nie)和碳含(han)量(liang)(liang)增(zeng)加,可以提高(gao)奧(ao)氏體(ti)型(xing)不銹鋼的(de)(de)(de)(de)抗應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕能力(li)。而鋼中鈮(ni)、鈦、鉬、氮等元素含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao),易引起(qi)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕傾向,微(wei)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)磷(lin)、砷、銻(ti)、鉍更能促使應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕裂紋的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)。


  在奧氏(shi)(shi)體型不(bu)(bu)銹鋼中增(zeng)加鐵(tie)素體含(han)量(liang),可使鐵(tie)素體組織在奧氏(shi)(shi)體組織中阻礙裂紋的(de)發展,從而提高其耐應(ying)力(li)腐蝕的(de)能力(li)。但鐵(tie)素體的(de)體積分數(shu)不(bu)(bu)宜超過60%,不(bu)(bu)然(ran)又將逐步使性(xing)能下降。


  綜上所述,引起應力腐蝕裂紋必須具備三個條件:首先金屬材質在該環境中具有應力腐蝕開裂的傾向;其次用這種材質組成的結構接觸或處于選擇性的腐蝕介質之中;最后要有高于一定水平的拉應力。缺少其中任一個條件是不可能發生應(ying)力腐蝕開裂的。