浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹(xiu)鋼應力腐蝕斷裂(lie)條件主要有以下幾點:


1. 介質的影響(xiang)


  應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫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。





  關于每種(zhong)結構材(cai)料的應力腐蝕(shi)的介質體(ti)系是很復雜的問題,難于簡明概括,必須根據(ju)具體(ti)環境(jing)具體(ti)分析(xi)。例如,大家都熟知的奧氏(shi)體(ti)型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在Cl-環境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)的應力腐蝕(shi),不(bu)(bu)僅與(yu)溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)的Cl-離(li)子(zi)濃度(du)(du)有關,而(er)且還與(yu)其溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)含(han)量有關。從(cong)圖3-9中(zhong)(zhong)(zhong)可以看(kan)出,盡管溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)的Cl-離(li)子(zi)濃度(du)(du)很高(gao),但氧(yang)(yang)含(han)量較少(shao)時或(huo)者Cl-離(li)子(zi)濃度(du)(du)較低,而(er)氧(yang)(yang)含(han)量較高(gao)時,均不(bu)(bu)會引起(qi)應力腐蝕(shi)。在堿性水溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong),特(te)別是接近沸點的高(gao)溫時,奧氏(shi)體(ti)型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)也易發生應力腐蝕(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)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)因素是多方面的(de)(de)(de)(de),預(yu)防(fang)措施也是多方面的(de)(de)(de)(de)。總而言之(zhi),要控制(zhi)載荷和內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)拉(la)伸(shen)分(fen)量(liang)的(de)(de)(de)(de)總水平(ping),不(bu)(bu)可(ke)(ke)超過相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)環(huan)境(jing)中(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻值。大(da)家(jia)知道(dao),一(yi)般焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)和近縫(feng)區的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)可(ke)(ke)達到鋼(gang)(gang)材(cai)屈服強度的(de)(de)(de)(de)水平(ping),即已(yi)遠遠超過了應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻值。也就是說,不(bu)(bu)經消(xiao)除(chu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)處理(li)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭,一(yi)旦(dan)處于應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)中(zhong),會不(bu)(bu)可(ke)(ke)避免地發生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂。通(tong)常在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)以(yi)前可(ke)(ke)預(yu)制(zhi)一(yi)個變形并(bing)在(zai)焊(han)(han)后錘擊焊(han)(han)縫(feng)來松弛殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li);或者將不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)構件作高(gao)于820℃熱處理(li)來消(xiao)除(chu)焊(han)(han)接(jie)(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。對于18-8型不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),在(zai)它(ta)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)變點(dian)溫(wen)度(50~100℃)下進(jin)行(xing)加(jia)工,產(chan)生(sheng)(sheng)冷作硬化,使(shi)之(zhi)發生(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)變,形成一(yi)定數量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)組織。這時在(zai)相(xiang)(xiang)同(tong)附加(jia)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作用(yong)下,可(ke)(ke)以(yi)發現(xian),它(ta)比未發生(sheng)(sheng)馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)變的(de)(de)(de)(de)18-8型不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)具有(you)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。但若冷作變形量(liang)過大(da),則會產(chan)生(sheng)(sheng)過量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)組織,對耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)會起相(xiang)(xiang)反的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。



3. 材料(liao)條(tiao)件 


  一般情(qing)況下(xia),特別(bie)純的金屬不(bu)會(hui)產生應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi),應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)大多發生在(zai)(zai)合金(含雜質(zhi)的工(gong)業純金屬也屬于合金)中(zhong)在(zai)(zai)晶(jing)界上的合金元素偏析是引起合金的晶(jing)間型(xing)開裂的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的重要因素之一。隨著鋼中(zhong)鎳和碳含量增加,可以提高奧氏體型(xing)不(bu)銹鋼的抗(kang)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)能力(li)。而鋼中(zhong)鈮、鈦、鉬、氮等元素含量的提高,易(yi)引起應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)傾向,微量的磷、砷、銻、鉍更能促使應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋的形成。


  在奧氏體(ti)(ti)型不銹鋼中增加鐵素(su)體(ti)(ti)含(han)量,可(ke)使鐵素(su)體(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)在奧氏體(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)中阻礙裂紋(wen)的(de)發展(zhan),從而提高其耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)的(de)能力(li)。但鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)體(ti)(ti)積分數不宜超過60%,不然(ran)又將逐(zhu)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(li)腐蝕開裂的。