凡是應力和腐蝕介質共同作用引起的斷裂,稱為應力腐蝕破壞。一般所說的應力腐蝕是一種較為復雜的現象。當應力不存在時,腐蝕十分微小;而施加應力經過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發生脆斷。這類應力腐蝕(shi)斷裂有如下三個共同特征。
①. 應力(li)必須是拉(la)伸的,拉(la)伸應力(li)愈(yu)大,則斷裂時間愈(yu)短。
②. 腐蝕介質是特定的,只有某些金屬與介質的組合才會產生應力腐蝕斷裂,例如,黃銅的氨脆、鍋爐鋼的堿脆、低碳鋼的硝脆、高強度鋼的氫脆、奧氏體不銹鋼管的氯脆等。使不銹鋼產生應力腐蝕的介質和金屬的組合例子,列于表3-9。
③. 斷(duan)(duan)裂速(su)(su)度(0.001~0.3cm/h)遠大(da)于沒有(you)應(ying)力時(shi)的腐蝕破(po)壞速(su)(su)度,但又小于單純(chun)的力學斷(duan)(duan)裂速(su)(su)度,斷(duan)(duan)口屬于脆(cui)斷(duan)(duan)型。
應(ying)力(li)腐(fu)蝕裂紋是在奧氏體(ti)不(bu)銹鋼管中,在焊接部分(fen)等(deng)的(de)殘(can)余應(ying)力(li)和特定的(de)腐(fu)蝕條件下發(fa)生(sheng)的(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕裂紋(SCC)。
奧氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼雖然具有優越的(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性,但是,在(zai)特定(ding)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)條件下,易發生應(ying)力腐蝕(shi)裂紋(SCC)。應(ying)力腐蝕(shi)裂紋是由拉伸應(ying)力和腐蝕(shi)兩種因(yin)素共同作用而(er)引起(qi)的(de)(de)(de)斷裂狀(zhuang)腐蝕(shi)。一般情況(kuang)是在(zai)含(han)有氯離(li)子(Cl-)的(de)(de)(de)環境(jing)中,處于拉伸應(ying)力狀(zhuang)態下發生的(de)(de)(de)。
圖3-7顯示的是一個熱交(jiao)換器用不銹鋼(gang)管,發生的應(ying)力(li)腐蝕開裂的實例。
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管的(de)表面狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)分為(wei)活性狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、活化(hua)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)及(ji)過(guo)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)四種(zhong),參看圖1-5不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)極(ji)化(hua)曲線。應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)活性狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、活性鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)及(ji)過(guo)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)三種(zhong)情(qing)況下,尤其(qi)是(shi)在(zai)(zai)(zai)中性(介質)附(fu)近的(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)中,引起的(de)比較多(duo)。在(zai)(zai)(zai)活性態(tai)(tai)(tai)中的(de)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)是(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表面腐(fu)蝕(shi)(shi)。在(zai)(zai)(zai)應力(li)(li)造成的(de)局部(bu)破壞(huai)部(bu)位上(shang),陽極(ji)溶(rong)(rong)解快(kuai)速(su)進(jin)行成為(wei)裂紋(wen)(wen)狀(zhuang)(zhuang),當(dang)有氯離(li)子(Cl-)存在(zai)(zai)(zai)時,才會(hui)(hui)促進(jin)陽極(ji)溶(rong)(rong)解。在(zai)(zai)(zai)中性附(fu)近的(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)中,在(zai)(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表面鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)薄(bo)膜(mo)(mo)發(fa)生(sheng)嚴重破壞(huai)時,應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)反(fan)而(er)不(bu)發(fa)生(sheng),只有在(zai)(zai)(zai)氯離(li)子(Cl-)存在(zai)(zai)(zai)的(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)薄(bo)膜(mo)(mo)被破壞(huai),進(jin)行局部(bu)的(de)陽極(ji)溶(rong)(rong)解,由(you)于應力(li)(li)存在(zai)(zai)(zai)使(shi)之發(fa)生(sheng)并傳(chuan)播,就(jiu)會(hui)(hui)產生(sheng)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)。斷裂是(shi)在(zai)(zai)(zai)應力(li)(li)垂直角方向(xiang)上(shang)發(fa)生(sheng)的(de),一般(ban)是(shi)邊(bian)產生(sheng)邊(bian)發(fa)展。作為(wei)使(shi)用環(huan)境來講,幾乎(hu)全部(bu)是(shi)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)所有氯離(li)子(Cl-)環(huan)境中。其(qi)他如高(gao)濃度(du)的(de)堿或(huo)酸也會(hui)(hui)引起應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)。表3-9列出了幾種(zhong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)系列產生(sheng)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)介質。
不銹鋼管只有(you)在鈍化(hua)狀態下(xia)才是耐腐(fu)蝕的(de),它有(you)最小的(de)腐(fu)蝕電流,腐(fu)蝕速度很小。
溫(wen)度(du)對其影響很(hen)大,溫(wen)度(du)越高則應(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂紋越容易發生。在(zai)實(shi)際(ji)環境中(zhong),在(zai)70℃以下(xia)的(de)(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂紋的(de)(de)(de)實(shi)例(li)幾(ji)乎沒有,如圖3-8所(suo)示。這里(li)所(suo)說的(de)(de)(de)應(ying)力,包(bao)括操作(zuo)時(shi)的(de)(de)(de)動作(zuo)應(ying)力、熱應(ying)力、裝置的(de)(de)(de)約束(shu)應(ying)力、冷加工以及焊接時(shi)的(de)(de)(de)殘余應(ying)力等。減少和防止應(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂紋的(de)(de)(de)對策列于表3-10。