由于不同材料+環境體系的應(ying)力腐(fu)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


  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(bu)銹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蝕開(kai)裂(lie)(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(jing)因素


  環(huan)(huan)境對(dui)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)較為(wei)復(fu)雜,含(han)鹵素離(li)(li)(li)子的(de)(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)溫(wen)純水(shui)、硫化物環(huan)(huan)境等都能引(yin)起奧氏體不銹鋼(gang)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究一(yi)致表明:在相同的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下,應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)隨著氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大而升高(gao)。在不同的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)下,存在一(yi)定的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子臨界濃(nong)度(du)。在有(you)些場合(he),介(jie)質中(zhong)(zhong)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子平均濃(nong)度(du)很(hen)低(di),但(dan)是(shi)(shi)也會發生應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)斷裂現象,這主要是(shi)(shi)由(you)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子在局部富集(ji)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)。溫(wen)度(du)升高(gao),應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)增(zeng)(zeng)大,但(dan)是(shi)(shi)并不具(ju)有(you)線性(xing)(xing)影(ying)(ying)響(xiang)規律,當溫(wen)度(du)較高(gao)時,對(dui)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化程(cheng)度(du)減緩。溫(wen)度(du)對(dui)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)是(shi)(shi)因為(wei)溫(wen)度(du)升高(gao),化學反應速(su)率增(zeng)(zeng)加(jia),金(jin)屬腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率增(zeng)(zeng)加(jia)。pH值是(shi)(shi)影(ying)(ying)響(xiang)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)(de)另一(yi)重要因素,材料內應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而降(jiang)低(di),但(dan)當pH<2時,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)類(lei)型變(bian)為(wei)全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。圖5-6是(shi)(shi)Truman對(dui)溫(wen)度(du)、氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子濃(nong)度(du)、pH綜(zong)合(he)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究結果。從圖中(zhong)(zhong)可以看出,隨著pH的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di),引(yin)起應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)(li)子臨界濃(nong)度(du)降(jiang)低(di)。介(jie)質中(zhong)(zhong)氧氣濃(nong)度(du)升高(gao),SCC敏感性(xing)(xing)增(zeng)(zeng)大。


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3. 力學因素


  與(yu)其他腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)類型相比較,應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)必不(bu)可少的條件。應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)來源(yuan)于工(gong)作(zuo)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、熱(re)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)及結(jie)構應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),或者由(you)于腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物(wu)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的擴張(zhang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),一(yi)般認(ren)為(wei)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)(shi)由(you)拉應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的,但是(shi)(shi)(shi)也(ye)(ye)有研究(jiu)人(ren)員認(ren)為(wei)壓(ya)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)也(ye)(ye)可以(yi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。部分研究(jiu)者認(ren)為(wei),應(ying)變(bian)(bian)是(shi)(shi)(shi)控制SCC裂紋(wen)萌(meng)生與(yu)發展(zhan)的主因(yin),應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)大使應(ying)變(bian)(bian)速率增(zeng)加。焊(han)(han)接(jie)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加工(gong)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)SCC的主要原因(yin),據統計,80%的SCC是(shi)(shi)(shi)由(you)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)造成的。加工(gong)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)主要是(shi)(shi)(shi)由(you)沖壓(ya)成型、管和(he)(he)筒體(ti)冷彎、脹接(jie)、擴口等工(gong)藝引(yin)(yin)起(qi)(qi)的。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)容器和(he)(he)管道中,焊(han)(han)接(jie)部位由(you)于存在焊(han)(han)接(jie)殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加工(gong)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的疊加,更是(shi)(shi)(shi)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)易(yi)發生地,某(mou)企業(ye)2臺(tai)氫化塔發生應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的部位如圖5-7所示(shi)。


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  對于圖5-7所示的薄壁(bi)內(nei)壓容器,其環向(xiang)和(he)經向(xiang)應力可采用回轉薄殼的薄膜應力分析理論分析,受力圖如圖5-8所示。環向(xiang)應力。。的計算公式為


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  在含(han)氯離子(zi)環境中,即使殘余(yu)應力(li)較(jiao)小,也可能會引起應力(li)腐蝕,這是因為材料表面缺(que)陷(xian)容易引起點(dian)蝕,點(dian)蝕坑會造(zao)成應力(li)集中,加速(su)裂紋萌生。某一公司的換熱器服役一年(nian)多后換熱管因應力(li)腐蝕造(zao)成泄(xie)漏,泄(xie)漏部位并不在焊接(jie)部位處,如圖(tu)5-9所示。


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  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。


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