不銹鋼制的機器、配管等由于外圍大氣層的緣故而發生應力腐蝕斷裂(lie),這一點很早就為人們所認識了。根據美國DuPont公司1950年發布的報告,僅他們公司本身就發生了40起同類事例。這種斷裂一般被稱為外應力腐蝕斷裂(external stress corro-sion cracking,略稱ESCC),發生位置主要分為兩類:一種是斷裂發生位置表面有保溫材料的時候;另一種是沒有保溫材料,在裸露不銹鋼上直接發生。前者主要是雨水等通過外部的保溫材料(用來保護內部流體的溫度)達到鋼表面,雨水和保溫材料中的氯離子凝聚在表面從而引起斷裂。因此以美國為主,主要通過Wick試驗和MIL規格試驗來研究各種因子的影響,后來決定要把重點放在保溫材料的選定而不是材料上。這種斷裂就本質上來說是水溶液中的應力腐蝕斷裂,此外,大久保對此也發表過評論,這里省略不提。下面主要探討一下裸露表面發生的斷裂問題。


 在(zai)海邊的(de)(de)(de)(de)化學工(gong)廠里,內(nei)部(bu)(bu)液體(ti)溫(wen)度(du)較(jiao)低且(qie)外(wai)部(bu)(bu)沒(mei)有(you)(you)保溫(wen)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)SUS304鋼制器具、配管等(deng),曾(ceng)經發(fa)生(sheng)過(guo)由大(da)氣造成的(de)(de)(de)(de)晶(jing)間(jian)斷(duan)裂(lie)現(xian)(xian)象。與外(wai)部(bu)(bu)有(you)(you)保溫(wen)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)相比,這(zhe)尚屬(shu)(shu)新(xin)問題,在(zai)日本(ben)大(da)概(gai)是(shi)(shi)1975年(nian)以后才出(chu)現(xian)(xian)。1981、1982年(nian)曾(ceng)有(you)(you)這(zhe)類事例(li)報告,而且(qie)其(qi)(qi)他地方也出(chu)現(xian)(xian)過(guo)同(tong)類事例(li),從而引起人們(men)的(de)(de)(de)(de)關注,因此在(zai)1984年(nian)(社)化學工(gong)學協會(hui)(hui)化學裝置材料(liao)委員(yuan)會(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)腐蝕分(fen)科會(hui)(hui)上(shang),對由ESCC造成損(sun)(sun)傷(shang)的(de)(de)(de)(de)實際情況(kuang)進行了(le)調(diao)查(cha)。根據此次調(diao)查(cha)結果,在(zai)110例(li)損(sun)(sun)傷(shang)事件(jian)中有(you)(you)47例(li)(接(jie)近半數(shu))是(shi)(shi)在(zai)裸露(lu)使用(外(wai)部(bu)(bu)沒(mei)有(you)(you)保溫(wen)材料(liao))情況(kuang)下發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie),問題非(fei)常(chang)嚴重。根據此調(diao)查(cha)報告,損(sun)(sun)傷(shang)的(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)位(wei)(wei)多見于(yu)焊接(jie)部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)熱影響部(bu)(bu)位(wei)(wei),材料(liao)幾乎全部(bu)(bu)是(shi)(shi)SUS304型(xing)鋼,內(nei)部(bu)(bu)液體(ti)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)半數(shu)集中于(yu)50℃以下(外(wai)部(bu)(bu)有(you)(you)保溫(wen)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下為50~150℃),斷(duan)裂(lie)形態雖有(you)(you)穿(chuan)晶(jing)裂(lie)紋(wen),但(dan)大(da)部(bu)(bu)分(fen)屬(shu)(shu)于(yu)晶(jing)間(jian)斷(duan)裂(lie)。此外(wai)其(qi)(qi)表面還附(fu)著有(you)(you)大(da)量的(de)(de)(de)(de)氯化物。


 目(mu)前,針對影響斷(duan)裂(lie)(lie)因素的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)(yan)室研究正在(zai)進行。中村在(zai)1985年針對損傷(shang)事例的(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)析結果(guo)及(ji)實驗(yan)(yan)室中鹽水噴霧(wu)-干(gan)燥(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)反復試(shi)驗(yan)(yan)結果(guo)做了(le)(le)報(bao)告。此(ci)份報(bao)告從事例解(jie)析人(ren)手,認為由大(da)氣造成的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)(lie)是材料(liao)反應的(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)化(hua)、大(da)氣中所含的(de)(de)(de)(de)(de)海鹽粒(li)子及(ji)材料(liao)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)銹等因素相互作用的(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo),進而通過1%NaCl+0.5%H2O2水溶液(ye)中的(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)燥(zao)反復噴霧(wu)試(shi)驗(yan)(yan),再現了(le)(le)這(zhe)一斷(duan)裂(lie)(lie)現象,表(biao)明在(zai)敏(min)化(hua)熱處理之前進行低溫加工,使SUS304鋼預先發生(sheng)形變,這(zhe)樣其粒(li)界(jie)斷(duan)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)感性會大(da)大(da)增強。此(ci)外,該報(bao)告還(huan)證(zheng)實了(le)(le)低碳化(hua)及(ji)穩定化(hua)不銹鋼、帶有表(biao)面樹脂(zhi)涂層的(de)(de)(de)(de)(de)SUS304 型鋼具(ju)有抗斷(duan)裂(lie)(lie)性能。此(ci)外,同(tong)年(1985年),笠原等人(ren)在(zai)英國ICI社(she)研究的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上,用50℃的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)工海水對U字形敏(min)化(hua)304鋼做了(le)(le)100天的(de)(de)(de)(de)(de)連續噴霧(wu)試(shi)驗(yan)(yan),證(zheng)實了(le)(le)鋁箔對生(sheng)銹的(de)(de)(de)(de)(de)304鋼具(ju)有擦光效果(guo)。


 另一方面,莊司等人(ren)(1986年)把含有(you)各種氯化物的(de)(de)(de)滴液滴在(zai)(zai)尚(shang)未敏化的(de)(de)(de)SUS304及SUS316L鋼的(de)(de)(de)U字形試(shi)驗(yan)(yan)片上,并把這些試(shi)驗(yan)(yan)片置于50~70℃的(de)(de)(de)環境下進(jin)行(xing)試(shi)驗(yan)(yan),結(jie)(jie)果發(fa)現根(gen)據氯化物種類的(de)(de)(de)不同,在(zai)(zai)各自固有(you)的(de)(de)(de)濕度下最容易斷裂(lie),由(you)海(hai)水引(yin)起的(de)(de)(de)斷裂(lie)是MgCl2作用的(de)(de)(de)結(jie)(jie)果。之后(hou),他們(1989年)用兩(liang)年的(de)(de)(de)時間在(zai)(zai)室(shi)內(nei)溫(wen)度下進(jin)行(xing)了同樣的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan),結(jie)(jie)果只有(you)滴有(you)NaCl溶液的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)片沒有(you)斷裂(lie),而滴有(you)人(ren)工海(hai)水或MgCl2溶液的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)片在(zai)(zai)30%~40%左右的(de)(de)(de)相對(dui)溫(wen)度下就會發(fa)生斷裂(lie)。


圖 17.jpg


 1987年竹本等人認為造成已敏化的SUS304 低溫斷裂的有害因素除了大氣中存在的氯離子之外,還包括因焊接和焊接后的表面處理而產生的氟離子,就此他們做了試驗,結果表明氟離子極為有害,正如圖7.17 所示,即使在0.00001%~0.0001%這樣較低的濃度下,也是有害的。而且,梅村等(1987年)為了明確影響斷裂的因素,對已敏化的SUS304 進行了大氣暴露試驗和實驗室性質的研究。其中,大氣暴露試驗的結果表明與被雨淋的環境相比,沒有直接被雨淋的環境更易導致斷裂的發生,進而他們得出了與上述莊司等人相同的結論:溫度、濕度、鹽的吸濕性等影響鹽干燥程度的條件是影響斷裂的重要因素,特別是海鹽粒子中所含的MgCl2使得SUS304極易斷裂。


 進而,都島等(1987年)在海邊做了兩年的暴露試驗,來研究敏化熱處理與各種涂漆對304不銹鋼(gang)304L不銹鋼316不(bu)銹鋼(gang)316L不銹鋼斷裂的影響,結果發現只有敏化的未經噴涂的304鋼才會發生斷裂,從而證明了噴涂能有效防止斷裂。


表 9.jpg


 根(gen)據上述研究結果,我們也能明確解釋導(dao)致(zhi)ESCC在裸(luo)露使用(yong)情況下產生斷裂的(de)原因(yin),而防止斷裂的(de)對策也正如中原、尾(wei)崎所(suo)做(zuo)的(de)表(biao)7.9(1991年(nian))所(suo)示。表(biao)7.9也列出了(le)使用(yong)保溫材(cai)料(liao)時的(de)對策,但不管何種情況,現在都采用(yong)可信(xin)度較高的(de)噴涂(tu)法,因(yin)為這一辦法尚(shang)未得到充(chong)分的(de)證明,所(suo)以(yi)今后也值得予(yu)以(yi)關注(zhu)。