浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力腐蝕斷裂條件主要有以下幾點:


1. 介質的(de)影響


  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(guan)于每(mei)種結構(gou)材料的(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)介(jie)質(zhi)體(ti)(ti)系(xi)是(shi)很復雜(za)的(de)(de)問題,難(nan)于簡明(ming)概(gai)括,必(bi)須根據(ju)具體(ti)(ti)環境(jing)具體(ti)(ti)分析。例如,大家都(dou)熟(shu)知的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼在Cl-環境(jing)中的(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕(shi),不僅與溶(rong)(rong)液中的(de)(de)Cl-離子濃(nong)度有關(guan),而(er)且(qie)還與其溶(rong)(rong)液中氧含量有關(guan)。從圖3-9中可以看出,盡(jin)管溶(rong)(rong)液中的(de)(de)Cl-離子濃(nong)度很高,但(dan)氧含量較(jiao)少時或者Cl-離子濃(nong)度較(jiao)低(di),而(er)氧含量較(jiao)高時,均(jun)不會引起應(ying)力腐(fu)蝕(shi)。在堿性水溶(rong)(rong)液中,特(te)別是(shi)接近沸點的(de)(de)高溫(wen)時,奧氏體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼也(ye)易發生應(ying)力腐(fu)蝕(shi)。


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2. 應力(li)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。


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  導致應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)因素是多方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de),預(yu)防(fang)措施(shi)也是多方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)。總而(er)言之,要控制載荷和內應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)拉(la)伸(shen)分(fen)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)總水平(ping),不(bu)(bu)(bu)可(ke)(ke)超(chao)(chao)過(guo)(guo)(guo)相(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)環境中(zhong)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)門檻值。大(da)家知道,一(yi)般焊(han)(han)接接頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫和近縫區的(de)(de)(de)(de)(de)殘余拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)可(ke)(ke)達到鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)屈服強度的(de)(de)(de)(de)(de)水平(ping),即已遠遠超(chao)(chao)過(guo)(guo)(guo)了(le)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)門檻值。也就(jiu)是說,不(bu)(bu)(bu)經消(xiao)除(chu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接接頭(tou),一(yi)旦處(chu)(chu)于(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)環境中(zhong),會不(bu)(bu)(bu)可(ke)(ke)避免地(di)發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂。通常在(zai)(zai)焊(han)(han)接以前可(ke)(ke)預(yu)制一(yi)個變形(xing)(xing)并在(zai)(zai)焊(han)(han)后錘擊焊(han)(han)縫來松弛殘余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li);或者將不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)接構件(jian)作(zuo)(zuo)高于(yu)820℃熱(re)處(chu)(chu)理來消(xiao)除(chu)焊(han)(han)接殘余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)。對(dui)于(yu)18-8型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),在(zai)(zai)它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)相(xiang)變點溫度(50~100℃)下進行(xing)加工,產(chan)生(sheng)冷作(zuo)(zuo)硬(ying)化,使(shi)之發(fa)生(sheng)相(xiang)變,形(xing)(xing)成(cheng)一(yi)定數量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)組(zu)織。這時在(zai)(zai)相(xiang)同附加應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)用下,可(ke)(ke)以發(fa)現,它(ta)比未發(fa)生(sheng)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)相(xiang)變的(de)(de)(de)(de)(de)18-8型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)具有(you)較好的(de)(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能。但若冷作(zuo)(zuo)變形(xing)(xing)量(liang)(liang)過(guo)(guo)(guo)大(da),則(ze)會產(chan)生(sheng)過(guo)(guo)(guo)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)組(zu)織,對(dui)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能會起相(xiang)反的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。



3. 材料條(tiao)件(jian) 


  一般(ban)情況下,特別純的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬不會產生應力腐(fu)蝕,應力腐(fu)蝕大多發生在(zai)合金(jin)(jin)(含(han)雜質(zhi)的(de)(de)(de)工業純金(jin)(jin)屬也(ye)屬于(yu)合金(jin)(jin))中在(zai)晶界上的(de)(de)(de)合金(jin)(jin)元素(su)偏析是引(yin)(yin)起(qi)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)晶間型開裂(lie)的(de)(de)(de)應力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)重要因素(su)之一。隨著鋼(gang)中鎳(nie)和碳含(han)量(liang)增加,可以提高(gao)奧氏體型不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)抗應力腐(fu)蝕能(neng)力。而鋼(gang)中鈮(ni)、鈦(tai)、鉬、氮等(deng)元素(su)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)提高(gao),易引(yin)(yin)起(qi)應力腐(fu)蝕傾(qing)向,微(wei)量(liang)的(de)(de)(de)磷、砷、銻、鉍更(geng)能(neng)促(cu)使應力腐(fu)蝕裂(lie)紋的(de)(de)(de)形成。


  在(zai)奧(ao)氏體(ti)型不銹鋼中增加鐵(tie)(tie)素體(ti)含(han)量,可使鐵(tie)(tie)素體(ti)組(zu)織(zhi)在(zai)奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)中阻(zu)礙裂紋的發展,從而(er)提高其耐應(ying)力腐蝕的能力。但鐵(tie)(tie)素體(ti)的體(ti)積分數不宜超過60%,不然又將逐步使性能下降。


  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腐蝕開裂的。