浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力腐蝕斷裂(lie)條件主要有以下幾點:
1. 介質的影響
應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫脆(cui)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)每種結構材料的(de)(de)(de)應力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)介質(zhi)體(ti)(ti)系是(shi)(shi)很復雜的(de)(de)(de)問題,難于(yu)簡明概括,必須根據(ju)具體(ti)(ti)環境具體(ti)(ti)分析。例如(ru),大家都熟知(zhi)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)不銹鋼在(zai)Cl-環境中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)應力腐(fu)蝕,不僅與溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Cl-離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度有關,而(er)且(qie)還與其溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)氧(yang)含量(liang)有關。從(cong)圖3-9中(zhong)(zhong)可以看出,盡管溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Cl-離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度很高,但(dan)氧(yang)含量(liang)較(jiao)少時或(huo)者Cl-離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度較(jiao)低,而(er)氧(yang)含量(liang)較(jiao)高時,均不會引起應力腐(fu)蝕。在(zai)堿性水溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong),特別(bie)是(shi)(shi)接近(jin)沸(fei)點的(de)(de)(de)高溫時,奧氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)不銹鋼也易發生應力腐(fu)蝕。
2. 應(ying)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。
導致應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)因素是(shi)多方面的(de)(de),預防措(cuo)施也是(shi)多方面的(de)(de)。總而言之,要(yao)控制(zhi)載荷(he)和(he)內應(ying)(ying)力(li)(li)拉伸分量的(de)(de)總水平(ping),不(bu)(bu)(bu)可(ke)超過(guo)相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)環(huan)境(jing)中(zhong)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)門檻值。大家知道,一般(ban)焊(han)(han)接接頭的(de)(de)焊(han)(han)縫和(he)近(jin)縫區的(de)(de)殘(can)余(yu)(yu)拉應(ying)(ying)力(li)(li)可(ke)達到鋼(gang)材屈服強度(du)(du)的(de)(de)水平(ping),即(ji)已遠遠超過(guo)了應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)門檻值。也就是(shi)說,不(bu)(bu)(bu)經(jing)消(xiao)(xiao)除應(ying)(ying)力(li)(li)處(chu)理的(de)(de)焊(han)(han)接接頭,一旦處(chu)于應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)環(huan)境(jing)中(zhong),會(hui)不(bu)(bu)(bu)可(ke)避免地發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)斷(duan)裂(lie)。通常在(zai)焊(han)(han)接以前可(ke)預制(zhi)一個(ge)變(bian)(bian)形(xing)并(bing)在(zai)焊(han)(han)后錘擊(ji)焊(han)(han)縫來松弛(chi)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li);或者將不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)接構件作高于820℃熱處(chu)理來消(xiao)(xiao)除焊(han)(han)接殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)。對(dui)(dui)于18-8型不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang),在(zai)它(ta)的(de)(de)馬氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)點溫度(du)(du)(50~100℃)下進(jin)行加(jia)工,產(chan)生(sheng)冷作硬化,使之發(fa)生(sheng)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian),形(xing)成一定數量的(de)(de)馬氏體(ti)(ti)組織。這時在(zai)相(xiang)(xiang)同附加(jia)應(ying)(ying)力(li)(li)作用下,可(ke)以發(fa)現,它(ta)比(bi)未(wei)發(fa)生(sheng)馬氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)的(de)(de)18-8型不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)具(ju)有較好(hao)的(de)(de)抗應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。但若冷作變(bian)(bian)形(xing)量過(guo)大,則會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)量的(de)(de)馬氏體(ti)(ti)組織,對(dui)(dui)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)會(hui)起相(xiang)(xiang)反(fan)的(de)(de)作用。
3. 材料條件
一般(ban)情況下,特別純的(de)金(jin)屬不會產生(sheng)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi),應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)大多發生(sheng)在合(he)金(jin)(含雜質的(de)工業純金(jin)屬也(ye)屬于合(he)金(jin))中在晶(jing)界上的(de)合(he)金(jin)元素偏(pian)析是引(yin)起合(he)金(jin)的(de)晶(jing)間型開(kai)裂的(de)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)重(zhong)要因素之一。隨著鋼(gang)(gang)中鎳和碳含量(liang)增加,可以(yi)提(ti)高奧氏體型不銹鋼(gang)(gang)的(de)抗應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力。而鋼(gang)(gang)中鈮(ni)、鈦、鉬、氮等元素含量(liang)的(de)提(ti)高,易引(yin)起應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)傾向,微量(liang)的(de)磷、砷、銻、鉍更能促使應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂紋的(de)形成。
在奧氏(shi)體型不銹(xiu)鋼中增加鐵(tie)素(su)體含量,可使(shi)鐵(tie)素(su)體組織在奧氏(shi)體組織中阻礙裂紋的發展,從而(er)提(ti)高其耐應(ying)力腐蝕(shi)的能(neng)(neng)力。但(dan)鐵(tie)素(su)體的體積分數不宜超過(guo)60%,不然又將逐步(bu)使(shi)性能(neng)(neng)下(xia)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(lie)的。