部件的使用壽命與工作環境(機械和化學的)、維修質量和設計有關。由于不銹鋼管構件工作環境復雜,產生缺陷的原因也不盡相同。當不銹鋼(gang)管部件使用一段時間之后,需要對其進行質量檢測與評價,以預測其使用壽命,之后根據不銹鋼管檢測質量可采取降級使用、維修或報廢處理等措施。
鐵磁性(xing)材料(liao)常見的(de)在(zai)役(yi)過程(cheng)中形成的(de)缺陷位置及成因見表1-4。
1. 疲(pi)勞裂紋(wen)
疲勞裂紋是(shi)由周期(qi)性(xing)加載應(ying)(ying)力形(xing)成的,這種應(ying)(ying)力值雖(sui)然低(di)于材料的極限(xian)抗(kang)拉強度(du),但還是(shi)足以產(chan)生裂紋或使原有的裂紋擴展。
疲勞裂紋可以從諸如(ru)機加工(gong)痕(hen)跡或刀痕(hen)處(chu)、材料表面或附近的(de)非金(jin)屬夾(jia)雜(za)物、空隙、孔、槽等高應力區(qu)形成(cheng),甚(shen)至也會在光滑的(de)表面上產生。
隨(sui)著(zhu)承受的應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)增(zeng)加,疲勞(lao)裂紋首先(xian)在裂紋尖端開始(shi)擴(kuo)展,然后隨(sui)每個周期(qi)應(ying)力(li)而逐(zhu)漸增(zeng)大,其增(zeng)量正比于(yu)應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du),這種過程一(yi)直持(chi)續到此應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)到達臨界(jie)值(zhi)而發生斷裂為止。應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)臨界(jie)值(zhi)也稱斷裂韌度(du)(du),每種材料(liao)的斷裂韌度(du)(du)不相同(tong)。
2. 應(ying)力(li)腐蝕裂紋(wen)
應力腐蝕(shi)裂紋是一種機械斷裂,是拉伸靜載荷與環境腐蝕共同影響的結果。這里所述的應力,既包括實際施加的,也包括殘余應力。之所以產生殘余應力,其中最普遍的一個原因就是焊縫金屬冷卻時收縮所致。
環境腐蝕對不同材料的作用有所不同,就某些普通材料而言,能被環境腐蝕的有:暴露在咸水中的鋁和奧氏體不銹鋼(gang),暴露在氨中的銅及其合金,以及暴露在氫氧化鈉中的軟鋼。
應力腐蝕產生的(de)脆(cui)性(xing)斷裂(lie),可以是晶(jing)間的(de),也(ye)可以是穿(chuan)晶(jing)的(de),這取決(jue)于(yu)合(he)金的(de)種類和腐蝕環境。在大多數(shu)情(qing)況下(xia),微(wei)細的(de)裂(lie)紋(wen)往(wang)往(wang)透入部件(jian)的(de)橫截(jie)面(mian),而在表(biao)面(mian)上只是顯示一(yi)點腐蝕痕跡。
為了(le)保持最(zui)小的(de)應(ying)力(li)強度,必須(xu)注意防止(zhi)應(ying)力(li)集中,如(ru)刀痕(hen)、電(dian)弧坑和接近表(biao)面的(de)大(da)型非金(jin)屬夾雜物。
3. 氫裂紋
氫(qing)裂紋或氫(qing)脆是(shi)一種機械斷裂,是(shi)由于部件在(zai)氫(qing)介質的腐(fu)蝕環境中使用并同(tong)時(shi)加載應力(li)或殘余應力(li)而形成(cheng)的。氫(qing)介質可(ke)通過諸如電鍍、酸洗、潮濕空氣中施焊或它自(zi)身(shen)溶(rong)解滲入材料等(deng)過程產生,也可(ke)能來(lai)自(zi)腐(fu)蝕,如硫化氫(qing)、氫(qing)氣、水、沼(zhao)氣或氨等(deng)。
如果(guo)材料表面(mian)沒有裂紋或不(bu)存(cun)在(zai)高應力處(chu),則氫(qing)可以擴散進入金屬,導致(zhi)金屬材料常在(zai)近表面(mian)處(chu)開(kai)裂,因為(wei)此處(chu)形成三維應力的(de)空(kong)(kong)間最大。在(zai)低強(qiang)度合金中,由(you)此導致(zhi)開(kai)裂的(de)空(kong)(kong)間,稱為(wei)氫(qing)氣(qi)泡。
假如裂紋早(zao)已存在,則可以(yi)很容(rong)易地看(kan)到氫引起的裂紋有一(yi)個共同的特點,即在原裂紋尖端(duan)開裂擴展(zhan)。
在許多(duo)實例中,氫(qing)早在部件投入使用之前就已存在于金(jin)屬內部,因為材料開始凝固和(he)施焊期間(jian),氫(qing)很容易被(bei)熔化金(jin)屬吸收滲入;在高溫和(he)在某些情況(kuang)下(xia),氫(qing)的溶解(jie)度非常(chang)之高,以致冷卻時金(jin)屬具有的氫(qing)已呈飽和(he)狀態。
氫裂(lie)紋沿晶界(jie)分(fen)布,很少呈分(fen)叉(cha)狀。當這種(zhong)裂(lie)紋由于氣泡或(huo)靜態載荷(he)形成時,它總是位于部件表面之下(xia)。氫裂(lie)紋還可以出現在部件皮(pi)下(xia)或(huo)應力高的部位。
4. 腐(fu)蝕坑
應用于石油行業的不銹鋼(gang)管(guan)(guan)構件,如(ru)鉆桿、套管(guan)(guan)、輸油管(guan)(guan)道等(deng)(deng),當輸送石油、鉆井(jing)液等(deng)(deng)流(liu)動(dong)腐(fu)蝕介質(zhi)時,不銹鋼(gang)管(guan)(guan)會(hui)受(shou)到(dao)腐(fu)蝕和沖刷(shua)作(zuo)用,并且(qie)部(bu)分構件所(suo)受(shou)應力(li)復雜,容易產生腐(fu)蝕坑,使不銹鋼(gang)管(guan)(guan)管(guan)(guan)壁減薄。在某些(xie)惡劣(lie)的工作(zuo)環境下,腐(fu)蝕坑進一步擴展,可能產生刺穿,從而使構件失效。