由于不同材料+環境體系的應(ying)力腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏體不(bu)銹鋼應力腐蝕的因素,分別從材料、環境和力學三個方面論述。


1. 材料(liao)因素


  鉻和鎳是奧氏體不銹鋼的基本元素。其中,鉻與空氣中的氧生成氧化物,提高了鈍化膜的穩定性。鎳使不銹鋼(gang)內部形成穩定的奧氏體組織,隨著鎳含量的提高,不銹鋼耐應力腐蝕的能力提高。鉬可以強化不銹鋼基體,當鉬含量小于2.5%時,應力腐蝕敏感性隨著鉬含量增加而加大;當鉬含量大于5%時,影響規律相反。適當的氮元素能夠提高奧氏體不銹鋼組織的穩定性,大多數研究認為氮元素的加入可以減小應力腐蝕敏感性,但是也有的研究表明:在氯離子環境中,奧氏體不銹鋼耐應力腐蝕性能隨氮含量的增大而降低。硫元素會增加氯脆的敏感性。


  材料的耐應力腐蝕性能也與晶粒大小、組織結構密切相關。細晶粒可以降低應力腐蝕敏感性。奧氏體不銹鋼中少量的鐵素體組織可以提高耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)開裂(SCC)性能;馬氏體組織會增加應力腐蝕敏感性,奧氏體不銹鋼中的馬氏體主要是在冷變形、焊接等過程產生的。


2. 環境因素


  環(huan)(huan)境對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)較為(wei)(wei)復雜(za),含(han)鹵素(su)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)介(jie)質(zhi)、高(gao)(gao)(gao)溫純水(shui)、硫(liu)化物環(huan)(huan)境等(deng)都能引(yin)起(qi)(qi)(qi)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)研究一(yi)致(zhi)表明:在相同的(de)(de)(de)條(tiao)件下,應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性隨(sui)(sui)著氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量的(de)(de)(de)增大而升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)(gao)。在不(bu)同的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)下,存在一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)氯離(li)子(zi)(zi)臨界濃(nong)度(du)(du)(du)。在有(you)些場合,介(jie)質(zhi)中(zhong)氯離(li)子(zi)(zi)平均濃(nong)度(du)(du)(du)很低(di)(di),但(dan)(dan)是也會發(fa)生應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)斷裂現(xian)象(xiang),這(zhe)主要是由(you)氯離(li)子(zi)(zi)在局部富集引(yin)起(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)。溫度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)(gao),應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性增大,但(dan)(dan)是并不(bu)具有(you)線性影(ying)響(xiang)(xiang)規律,當(dang)(dang)溫度(du)(du)(du)較高(gao)(gao)(gao)時,對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)影(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)變(bian)化程度(du)(du)(du)減緩。溫度(du)(du)(du)對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)是因為(wei)(wei)溫度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)(gao),化學反(fan)應(ying)速率(lv)增加(jia),金屬腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)增加(jia)。pH值(zhi)是影(ying)響(xiang)(xiang)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)另一(yi)重要因素(su),材料內(nei)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能隨(sui)(sui)著pH的(de)(de)(de)降低(di)(di)而降低(di)(di),但(dan)(dan)當(dang)(dang)pH<2時,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型變(bian)為(wei)(wei)全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。圖5-6是Truman對溫度(du)(du)(du)、氯離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)、pH綜合影(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)研究結果。從圖中(zhong)可以看出,隨(sui)(sui)著pH的(de)(de)(de)降低(di)(di),引(yin)起(qi)(qi)(qi)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)氯離(li)子(zi)(zi)臨界濃(nong)度(du)(du)(du)降低(di)(di)。介(jie)質(zhi)中(zhong)氧氣濃(nong)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)(gao),SCC敏感(gan)(gan)性增大。


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3. 力學(xue)因素


  與其(qi)他腐蝕(shi)(shi)類型(xing)相比(bi)較,應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)必(bi)不可少(shao)的(de)(de)條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)來源(yuan)于(yu)工(gong)(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),或者由于(yu)腐蝕(shi)(shi)產物(wu)引起(qi)的(de)(de)擴張(zhang)力(li)(li)(li)(li)(li),一般認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)是(shi)(shi)由拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引起(qi)的(de)(de),但是(shi)(shi)也有研究人員認為(wei)壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)也可以引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)。部分研究者認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)控(kong)制SCC裂紋萌生與發展的(de)(de)主(zhu)因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)大使應(ying)(ying)(ying)(ying)變速率增(zeng)加。焊(han)(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和加工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)引起(qi)SCC的(de)(de)主(zhu)要原因(yin),據統(tong)計,80%的(de)(de)SCC是(shi)(shi)由殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)(de)。加工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是(shi)(shi)由沖壓(ya)成(cheng)型(xing)、管和筒體冷彎、脹接(jie)、擴口等工(gong)(gong)藝引起(qi)的(de)(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)容器和管道(dao)中,焊(han)(han)接(jie)部位由于(yu)存在(zai)焊(han)(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和加工(gong)(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)疊(die)加,更(geng)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)易發生地,某企業2臺氫化塔發生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)部位如圖5-7所示。


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  對于圖(tu)(tu)5-7所示的(de)薄壁(bi)內壓(ya)容(rong)器,其環向(xiang)(xiang)和經(jing)向(xiang)(xiang)應(ying)力可(ke)采用(yong)回轉薄殼的(de)薄膜應(ying)力分析(xi)理論分析(xi),受(shou)力圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)5-8所示。環向(xiang)(xiang)應(ying)力。。的(de)計算公式(shi)為


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  在含氯離(li)子環境(jing)中,即使殘余應(ying)力(li)較小,也(ye)可能會引起應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi),這是因為材料表面(mian)缺陷(xian)容易(yi)引起點蝕(shi),點蝕(shi)坑會造(zao)成應(ying)力(li)集中,加速裂紋萌生。某一(yi)公(gong)司的換熱器(qi)服役一(yi)年多后(hou)換熱管因應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)造(zao)成泄漏(lou),泄漏(lou)部位(wei)(wei)并不在焊(han)接部位(wei)(wei)處,如圖(tu)5-9所(suo)示。


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  奧氏體不銹(xiu)鋼換熱管經冷拔后,經過固溶處理,再通過矯直消除管子的變形,但是矯直處理使管子產生較高的殘余應力。表5-1給出了三種材料的管子經冷拔-固溶-矯直之后的殘余應力值。


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