由于不同材料+環境體系的應力(li)腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏(shi)體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力腐蝕開裂(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. 環境因素


  環境(jing)對應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)為(wei)(wei)復(fu)雜,含鹵(lu)素(su)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)介(jie)質(zhi)、高(gao)(gao)溫純水、硫化物環境(jing)等都能引(yin)起奧氏體不(bu)銹鋼應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。所有(you)(you)的(de)(de)(de)研究一致表明:在(zai)(zai)(zai)相同的(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia),應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)(xing)隨著(zhu)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)含量的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)而升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)。在(zai)(zai)(zai)不(bu)同的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)(du)(du)下(xia),存在(zai)(zai)(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)臨界濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)。在(zai)(zai)(zai)有(you)(you)些場合,介(jie)質(zhi)中(zhong)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)平(ping)均濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)很低(di),但是(shi)也(ye)會(hui)發生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)斷裂(lie)現象,這主(zhu)要(yao)是(shi)由氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)(zai)(zai)局部富(fu)集引(yin)起的(de)(de)(de)。溫度(du)(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao),應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)(xing)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da),但是(shi)并不(bu)具有(you)(you)線性(xing)(xing)(xing)影(ying)響(xiang)規律,當溫度(du)(du)(du)(du)(du)較(jiao)高(gao)(gao)時(shi),對應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)變(bian)化程度(du)(du)(du)(du)(du)減緩。溫度(du)(du)(du)(du)(du)對應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)是(shi)因(yin)為(wei)(wei)溫度(du)(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao),化學(xue)反應速(su)率(lv)增(zeng)(zeng)加,金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)增(zeng)(zeng)加。pH值是(shi)影(ying)響(xiang)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)另一重要(yao)因(yin)素(su),材料內(nei)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而降(jiang)低(di),但當pH<2時(shi),腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類型變(bian)為(wei)(wei)全面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。圖5-6是(shi)Truman對溫度(du)(du)(du)(du)(du)、氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)、pH綜(zong)合影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)研究結(jie)果。從圖中(zhong)可以(yi)看出,隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di),引(yin)起應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)臨界濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)低(di)。介(jie)質(zhi)中(zhong)氧氣(qi)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao),SCC敏感性(xing)(xing)(xing)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)。


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3. 力(li)學因素(su)


  與(yu)其他(ta)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型相比較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)必不可少的(de)條件(jian)。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)(can)余(yu)(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)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),或者由(you)于(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物引(yin)(yin)(yin)起(qi)的(de)擴張力(li)(li)(li)(li),一般(ban)認(ren)(ren)為應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)由(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)(yin)起(qi)的(de),但是(shi)也有研(yan)究(jiu)(jiu)人員認(ren)(ren)為壓(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)也可以(yi)引(yin)(yin)(yin)起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。部分研(yan)究(jiu)(jiu)者認(ren)(ren)為,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)控制SCC裂紋萌生(sheng)與(yu)發展的(de)主(zhu)因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)增大(da)使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率增加(jia)(jia)。焊(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)引(yin)(yin)(yin)起(qi)SCC的(de)主(zhu)要原因,據統計,80%的(de)SCC是(shi)由(you)殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造(zao)成(cheng)的(de)。加(jia)(jia)工殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是(shi)由(you)沖(chong)壓(ya)(ya)成(cheng)型、管(guan)(guan)和(he)筒體(ti)冷彎、脹接(jie)、擴口等工藝引(yin)(yin)(yin)起(qi)的(de)。壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容器和(he)管(guan)(guan)道中,焊(han)接(jie)部位由(you)于(yu)存在焊(han)接(jie)殘(can)(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)疊加(jia)(jia),更(geng)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)易發生(sheng)地,某企業2臺氫化塔發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)部位如圖5-7所示。


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  對于圖5-7所(suo)示(shi)的薄壁(bi)內壓容(rong)器(qi),其(qi)環向(xiang)和(he)經向(xiang)應力可采(cai)用(yong)回(hui)轉薄殼的薄膜應力分析理論分析,受力圖如圖5-8所(suo)示(shi)。環向(xiang)應力。。的計算公式(shi)為


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  在(zai)(zai)含氯離子環境中,即使殘余應(ying)力(li)較小,也可(ke)能會引(yin)起應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),這是(shi)因為材(cai)料(liao)表面缺(que)陷容易引(yin)起點(dian)蝕(shi)(shi),點(dian)蝕(shi)(shi)坑會造(zao)成應(ying)力(li)集(ji)中,加速裂(lie)紋萌生。某一(yi)公司的換熱器服役一(yi)年(nian)多后換熱管因應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)造(zao)成泄漏,泄漏部(bu)位(wei)并不在(zai)(zai)焊接部(bu)位(wei)處(chu),如圖5-9所(suo)示。


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  奧氏體不銹鋼換熱(re)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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