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(ti)不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. 材料因素(su)
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(xiu)鋼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力腐(fu)蝕開裂(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(huan)境因素
環境對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)較為復雜,含鹵素離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)溫純水、硫化物環境等都能引起奧氏體不(bu)銹鋼應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。所有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)研究一(yi)致表(biao)明:在(zai)相同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)條件下,應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性(xing)(xing)隨著(zhu)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)含量的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)而升高(gao)。在(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)下,存在(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)臨(lin)界濃度(du)。在(zai)有(you)(you)些場合,介(jie)質中(zhong)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)平(ping)均濃度(du)很(hen)低,但是(shi)(shi)也會發生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷裂現象,這主要(yao)是(shi)(shi)由氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在(zai)局部富集(ji)引起的(de)(de)(de)(de)(de)。溫度(du)升高(gao),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性(xing)(xing)增(zeng)大(da)(da),但是(shi)(shi)并不(bu)具有(you)(you)線性(xing)(xing)影響(xiang)(xiang)規(gui)律,當(dang)溫度(du)較高(gao)時,對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)影響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)變化程度(du)減緩。溫度(du)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)是(shi)(shi)因為溫度(du)升高(gao),化學反應(ying)(ying)速(su)率增(zeng)加(jia),金屬腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率增(zeng)加(jia)。pH值是(shi)(shi)影響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)一(yi)重要(yao)因素,材料內(nei)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)(de)降低而降低,但當(dang)pH<2時,腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)類型(xing)變為全(quan)面腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。圖(tu)5-6是(shi)(shi)Truman對(dui)溫度(du)、氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)濃度(du)、pH綜合影響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)研究結果。從圖(tu)中(zhong)可以看出,隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)(de)降低,引起應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)臨(lin)界濃度(du)降低。介(jie)質中(zhong)氧(yang)氣濃度(du)升高(gao),SCC敏感(gan)(gan)性(xing)(xing)增(zeng)大(da)(da)。

3. 力(li)學因素
與(yu)其他腐(fu)蝕(shi)(shi)類(lei)型相比較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)必不可(ke)少的條(tiao)件(jian)。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來(lai)源于(yu)工(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)及結構(gou)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),或(huo)者由(you)于(yu)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物引(yin)(yin)起的擴張力(li)(li)(li)(li),一般(ban)認(ren)為應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)(shi)由(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)起的,但(dan)是(shi)(shi)也有(you)研(yan)究人員(yuan)認(ren)為壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)也可(ke)以引(yin)(yin)起應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。部分研(yan)究者認(ren)為,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)控制SCC裂紋萌生(sheng)與(yu)發(fa)展的主因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)增大(da)使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率(lv)增加。焊接殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和加工(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)引(yin)(yin)起SCC的主要原因(yin),據統計,80%的SCC是(shi)(shi)由(you)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造(zao)成(cheng)的。加工(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主要是(shi)(shi)由(you)沖壓成(cheng)型、管(guan)和筒體(ti)冷彎(wan)、脹(zhang)接、擴口等工(gong)藝引(yin)(yin)起的。壓力(li)(li)(li)(li)容(rong)器和管(guan)道中,焊接部位(wei)由(you)于(yu)存在焊接殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和加工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的疊加,更是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)易發(fa)生(sheng)地,某(mou)企業2臺氫化塔發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的部位(wei)如(ru)圖5-7所(suo)示。

對于(yu)圖(tu)(tu)5-7所(suo)示的薄(bo)壁內壓容(rong)器,其環向(xiang)和經向(xiang)應力(li)(li)可采用回轉薄(bo)殼(ke)的薄(bo)膜應力(li)(li)分析(xi)理論分析(xi),受(shou)力(li)(li)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)5-8所(suo)示。環向(xiang)應力(li)(li)。。的計算公式為

在(zai)含氯離子(zi)環境中(zhong),即使殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)較小,也可能會(hui)(hui)引起應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕,這是(shi)因為材料表面缺陷容易引起點(dian)蝕,點(dian)蝕坑會(hui)(hui)造成應(ying)(ying)力(li)(li)集中(zhong),加速裂(lie)紋萌生。某一(yi)公(gong)司的換熱器服役(yi)一(yi)年多(duo)后(hou)換熱管因應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕造成泄漏(lou)(lou),泄漏(lou)(lou)部(bu)位并不在(zai)焊(han)接(jie)部(bu)位處,如圖5-9所示(shi)。

奧氏體不銹鋼換熱管經冷拔后,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。



