浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂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(gang)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(yu)每種(zhong)結(jie)構材(cai)料的(de)(de)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)介質體(ti)(ti)(ti)(ti)系(xi)是很(hen)復(fu)雜的(de)(de)問題,難(nan)于(yu)簡明概括,必須根據具體(ti)(ti)(ti)(ti)環境具體(ti)(ti)(ti)(ti)分析(xi)。例(li)如,大家都熟知的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼在Cl-環境中(zhong)的(de)(de)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕,不僅與(yu)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)Cl-離子(zi)濃度有關,而(er)且還與(yu)其溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)氧含量(liang)(liang)有關。從圖3-9中(zhong)可(ke)以看出,盡管溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)Cl-離子(zi)濃度很(hen)高,但氧含量(liang)(liang)較少(shao)時(shi)或者Cl-離子(zi)濃度較低,而(er)氧含量(liang)(liang)較高時(shi),均不會(hui)引起(qi)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕。在堿性(xing)水(shui)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong),特別(bie)是接(jie)近沸點的(de)(de)高溫時(shi),奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼也(ye)易發(fa)生應(ying)力腐(fu)(fu)蝕。
2. 應力條件
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。
導致(zhi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)因素是多方面的(de)(de),預(yu)防措施也(ye)是多方面的(de)(de)。總而言之(zhi),要控(kong)制(zhi)載(zai)荷和(he)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)拉伸分量的(de)(de)總水平,不(bu)可超(chao)過相(xiang)應(ying)(ying)環(huan)境(jing)中產生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)門(men)檻值(zhi)。大家(jia)知道,一般焊(han)(han)(han)(han)接接頭的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫和(he)近縫區的(de)(de)殘(can)余拉應(ying)(ying)力(li)(li)(li)可達到鋼(gang)材(cai)屈服強度的(de)(de)水平,即(ji)已遠遠超(chao)過了應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)門(men)檻值(zhi)。也(ye)就(jiu)是說,不(bu)經(jing)消除(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)處理(li)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接接頭,一旦處于應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)環(huan)境(jing)中,會(hui)不(bu)可避(bi)免地發生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂。通常在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接以(yi)前可預(yu)制(zhi)一個(ge)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)并在(zai)焊(han)(han)(han)(han)后(hou)錘擊焊(han)(han)(han)(han)縫來松(song)弛殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li);或者(zhe)將(jiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)接構件作高于820℃熱處理(li)來消除(chu)焊(han)(han)(han)(han)接殘(can)余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。對于18-8型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),在(zai)它的(de)(de)馬(ma)氏體(ti)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)點溫度(50~100℃)下(xia)進行加工,產生(sheng)冷作硬化,使之(zhi)發生(sheng)相(xiang)變(bian)(bian)(bian),形(xing)(xing)成(cheng)一定數量的(de)(de)馬(ma)氏體(ti)組(zu)織(zhi)。這時在(zai)相(xiang)同附加應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作用(yong)下(xia),可以(yi)發現(xian),它比(bi)未發生(sheng)馬(ma)氏體(ti)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)18-8型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)具有較好的(de)(de)抗應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)。但(dan)若冷作變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)量過大,則會(hui)產生(sheng)過量的(de)(de)馬(ma)氏體(ti)組(zu)織(zhi),對耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)會(hui)起相(xiang)反的(de)(de)作用(yong)。
3. 材料(liao)條件
一般情(qing)況下,特別(bie)純的(de)(de)金(jin)(jin)屬不會產生(sheng)應(ying)力(li)腐蝕,應(ying)力(li)腐蝕大多發生(sheng)在合金(jin)(jin)(含(han)雜質的(de)(de)工業純金(jin)(jin)屬也屬于合金(jin)(jin))中在晶界上的(de)(de)合金(jin)(jin)元素偏析(xi)是引起合金(jin)(jin)的(de)(de)晶間型開裂的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕的(de)(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素之一。隨(sui)著鋼中鎳和碳含(han)量增加(jia),可以(yi)提高(gao)奧氏體型不銹(xiu)鋼的(de)(de)抗應(ying)力(li)腐蝕能力(li)。而鋼中鈮、鈦、鉬(mu)、氮等元素含(han)量的(de)(de)提高(gao),易引起應(ying)力(li)腐蝕傾向(xiang),微量的(de)(de)磷(lin)、砷、銻(ti)、鉍更能促使(shi)應(ying)力(li)腐蝕裂紋的(de)(de)形成。
在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)增加鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)含量,可使鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)組織在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組織中(zhong)(zhong)阻(zu)礙裂紋的發展(zhan),從而提高其耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)的能力(li)。但鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的體(ti)(ti)(ti)積分數不宜超過60%,不然又將(jiang)逐步(bu)使性能下降。
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力(li)腐蝕開裂的。