浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼(gang)應力腐蝕斷裂條件主要有以下幾點:
1. 介質(zhi)的(de)影響
應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫(qing)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。
關于每種結(jie)構材料的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)介質體(ti)系是很復(fu)雜的(de)(de)(de)問題,難(nan)于簡明概括,必須根(gen)據(ju)具體(ti)環(huan)境具體(ti)分(fen)析。例如,大家(jia)都熟知的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在Cl-環(huan)境中的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi),不(bu)僅與溶液中的(de)(de)(de)Cl-離(li)(li)子(zi)濃度有關,而且還與其溶液中氧含(han)量有關。從圖3-9中可以看出,盡管溶液中的(de)(de)(de)Cl-離(li)(li)子(zi)濃度很高,但氧含(han)量較(jiao)少時(shi)(shi)或者Cl-離(li)(li)子(zi)濃度較(jiao)低,而氧含(han)量較(jiao)高時(shi)(shi),均不(bu)會引起(qi)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。在堿性水溶液中,特別(bie)是接近沸點的(de)(de)(de)高溫時(shi)(shi),奧氏(shi)體(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)也易發生應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
2. 應力條件
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。
導致應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)因素是(shi)多方面的(de)(de)(de)(de),預防措施也是(shi)多方面的(de)(de)(de)(de)。總而言(yan)之,要控制載荷和(he)內(nei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)拉(la)(la)伸分量(liang)的(de)(de)(de)(de)總水(shui)平,不可(ke)超過(guo)相(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)環(huan)境(jing)中產生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻(jian)值(zhi)。大(da)家(jia)知道,一般焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫和(he)近縫區的(de)(de)(de)(de)殘(can)(can)余拉(la)(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)可(ke)達(da)到鋼(gang)(gang)材(cai)屈服強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)水(shui)平,即已遠遠超過(guo)了應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)門檻(jian)值(zhi)。也就是(shi)說,不經(jing)消(xiao)除應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)處理(li)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou),一旦處于應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)中,會不可(ke)避(bi)免地(di)發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂。通常在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)以前可(ke)預制一個(ge)變(bian)形(xing)并在(zai)焊(han)(han)后錘擊焊(han)(han)縫來松弛殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li);或者將不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)構件(jian)作(zuo)(zuo)高于820℃熱處理(li)來消(xiao)除焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。對于18-8型不銹(xiu)鋼(gang)(gang),在(zai)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)變(bian)點溫度(50~100℃)下(xia)(xia)進行(xing)加工,產生(sheng)冷(leng)作(zuo)(zuo)硬(ying)化,使(shi)之發(fa)生(sheng)相(xiang)變(bian),形(xing)成一定數量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)組織(zhi)。這時在(zai)相(xiang)同附加應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)(xia),可(ke)以發(fa)現,它(ta)(ta)比未發(fa)生(sheng)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)變(bian)的(de)(de)(de)(de)18-8型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能。但若冷(leng)作(zuo)(zuo)變(bian)形(xing)量(liang)過(guo)大(da),則會產生(sheng)過(guo)量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)組織(zhi),對耐應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能會起相(xiang)反的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)。
3. 材料(liao)條(tiao)件(jian)
一般(ban)情況(kuang)下,特別(bie)純的(de)(de)金(jin)(jin)屬不會產生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)大多發生在合(he)金(jin)(jin)(含(han)雜(za)質的(de)(de)工業純金(jin)(jin)屬也屬于合(he)金(jin)(jin))中在晶界上的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)元素(su)偏(pian)析是(shi)引(yin)(yin)起合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)晶間型開裂的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)重要因素(su)之一。隨著(zhu)鋼(gang)中鎳和碳含(han)量增加,可(ke)以提高奧氏體型不銹鋼(gang)的(de)(de)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)能力(li)。而鋼(gang)中鈮、鈦、鉬(mu)、氮等元素(su)含(han)量的(de)(de)提高,易引(yin)(yin)起應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)傾(qing)向(xiang),微量的(de)(de)磷、砷、銻、鉍更能促(cu)使應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋的(de)(de)形成(cheng)。
在奧氏體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹鋼中增加鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang),可使鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)在奧氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)中阻礙裂紋(wen)的(de)發展,從而提高(gao)其耐應力腐蝕的(de)能(neng)(neng)力。但(dan)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)體(ti)(ti)(ti)積分數不(bu)宜超過60%,不(bu)然(ran)又將逐步(bu)使性能(neng)(neng)下降(jiang)。
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腐蝕開(kai)裂的。