浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼應力腐蝕斷裂條件主要有以下幾點:


1. 介(jie)質的影響


  應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫脆(cui)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(xiu)鋼(gang)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(mei)種結構材料(liao)的(de)(de)(de)應力(li)(li)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)介質體(ti)系是(shi)很復雜的(de)(de)(de)問題,難于簡明概括(kuo),必(bi)須根據具體(ti)環境(jing)具體(ti)分析(xi)。例如,大家(jia)都熟知的(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)型不(bu)銹鋼在Cl-環境(jing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)應力(li)(li)腐蝕(shi),不(bu)僅與溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Cl-離(li)(li)子(zi)濃(nong)度有(you)關,而且還與其溶液中(zhong)(zhong)氧含(han)(han)量(liang)有(you)關。從圖3-9中(zhong)(zhong)可(ke)以看出,盡管溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)Cl-離(li)(li)子(zi)濃(nong)度很高(gao),但(dan)氧含(han)(han)量(liang)較少時(shi)或(huo)者(zhe)Cl-離(li)(li)子(zi)濃(nong)度較低(di),而氧含(han)(han)量(liang)較高(gao)時(shi),均(jun)不(bu)會引起應力(li)(li)腐蝕(shi)。在堿性水溶液中(zhong)(zhong),特別是(shi)接近沸點(dian)的(de)(de)(de)高(gao)溫時(shi),奧(ao)氏體(ti)型不(bu)銹鋼也易(yi)發生應力(li)(li)腐蝕(shi)。


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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。


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  導致(zhi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)因素(su)是(shi)多方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de),預(yu)防措施也是(shi)多方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)。總(zong)(zong)而言之(zhi),要控制(zhi)載荷和(he)內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)拉伸分量的(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)(zong)水平,不(bu)可超過相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)環境中產生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)門檻值。大家(jia)知道(dao),一般焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)焊縫和(he)近縫區的(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)余拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)可達(da)到鋼(gang)材屈服(fu)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)水平,即已遠(yuan)遠(yuan)超過了應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)門檻值。也就是(shi)說,不(bu)經消(xiao)除(chu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)焊接(jie)接(jie)頭(tou),一旦(dan)處(chu)(chu)于(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)環境中,會(hui)不(bu)可避(bi)免地發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷裂(lie)。通常在焊接(jie)以前可預(yu)制(zhi)一個變形(xing)并在焊后錘擊焊縫來松弛殘(can)余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li);或者將不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊接(jie)構件作高于(yu)820℃熱處(chu)(chu)理來消(xiao)除(chu)焊接(jie)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)。對(dui)于(yu)18-8型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在它的(de)(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體相(xiang)(xiang)變點溫度(50~100℃)下進行加工,產生(sheng)(sheng)冷(leng)作硬化(hua),使之(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)變,形(xing)成一定數量的(de)(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體組織。這時在相(xiang)(xiang)同附加應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)作用下,可以發(fa)現,它比未發(fa)生(sheng)(sheng)馬氏(shi)體相(xiang)(xiang)變的(de)(de)(de)(de)(de)18-8型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有較好的(de)(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能。但若冷(leng)作變形(xing)量過大,則會(hui)產生(sheng)(sheng)過量的(de)(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體組織,對(dui)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能會(hui)起相(xiang)(xiang)反的(de)(de)(de)(de)(de)作用。



3. 材(cai)料(liao)條件(jian) 


  一(yi)般情況下,特別純的金(jin)屬(shu)不會產生應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi),應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)大多發生在合金(jin)(含雜質的工業純金(jin)屬(shu)也屬(shu)于合金(jin))中(zhong)在晶界(jie)上的合金(jin)元(yuan)素偏(pian)析(xi)是引起合金(jin)的晶間型開裂(lie)的應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的重要因(yin)素之一(yi)。隨著鋼中(zhong)鎳(nie)和碳含量(liang)(liang)增加,可以提高(gao)(gao)奧氏(shi)體型不銹鋼的抗應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)能力(li)(li)(li)。而鋼中(zhong)鈮、鈦(tai)、鉬(mu)、氮等元(yuan)素含量(liang)(liang)的提高(gao)(gao),易引起應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)傾(qing)向,微(wei)量(liang)(liang)的磷、砷(shen)、銻、鉍更(geng)能促(cu)使應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋的形成。


  在奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼中增(zeng)加鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang),可使(shi)(shi)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)在奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)中阻礙(ai)裂紋的發展,從而提高其耐應力腐蝕的能力。但鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的體(ti)(ti)(ti)(ti)積分數(shu)不宜超過(guo)60%,不然又將(jiang)逐步使(shi)(shi)性能下降。


  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(shi)開裂的。