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(ti)不銹(xiu)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(cai)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(ying)力(li)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(huan)境因素
環(huan)境對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)較為(wei)復雜,含(han)鹵(lu)素離(li)(li)(li)子的(de)介質、高(gao)溫純水、硫(liu)化(hua)(hua)物環(huan)境等都能引(yin)起(qi)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。所有的(de)研究一致表明:在相(xiang)同的(de)條件下,應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性隨著(zhu)氯離(li)(li)(li)子含(han)量的(de)增(zeng)大而升高(gao)。在不同的(de)溫度(du)(du)(du)(du)(du)下,存在一定的(de)氯離(li)(li)(li)子臨界(jie)濃度(du)(du)(du)(du)(du)。在有些場合(he),介質中(zhong)氯離(li)(li)(li)子平均濃度(du)(du)(du)(du)(du)很(hen)低(di),但(dan)是(shi)也(ye)會發生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)裂現象(xiang),這主要(yao)是(shi)由(you)氯離(li)(li)(li)子在局部(bu)富(fu)集引(yin)起(qi)的(de)。溫度(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性增(zeng)大,但(dan)是(shi)并不具有線性影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)規律(lv),當(dang)溫度(du)(du)(du)(du)(du)較高(gao)時,對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)程度(du)(du)(du)(du)(du)減緩。溫度(du)(du)(du)(du)(du)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)是(shi)因為(wei)溫度(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)(ying)速率增(zeng)加(jia)(jia),金屬(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速率增(zeng)加(jia)(jia)。pH值是(shi)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂的(de)另一重要(yao)因素,材料(liao)內應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性能隨著(zhu)pH的(de)降低(di)而降低(di),但(dan)當(dang)pH<2時,腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)類型變(bian)為(wei)全面(mian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。圖(tu)5-6是(shi)Truman對(dui)溫度(du)(du)(du)(du)(du)、氯離(li)(li)(li)子濃度(du)(du)(du)(du)(du)、pH綜合(he)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)研究結果(guo)。從(cong)圖(tu)中(zhong)可以看(kan)出,隨著(zhu)pH的(de)降低(di),引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)氯離(li)(li)(li)子臨界(jie)濃度(du)(du)(du)(du)(du)降低(di)。介質中(zhong)氧(yang)氣濃度(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao),SCC敏感(gan)性增(zeng)大。
3. 力學因素
與其他(ta)腐(fu)蝕類型(xing)相(xiang)比較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕必不可少的條件(jian)。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)來源(yuan)于(yu)(yu)工(gong)(gong)(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),或(huo)者(zhe)由(you)于(yu)(yu)腐(fu)蝕產(chan)物(wu)引(yin)(yin)起的擴張力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li),一般認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕是由(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)起的,但是也有(you)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)認為(wei)壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)也可以引(yin)(yin)起應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕。部(bu)分研(yan)究(jiu)者(zhe)認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)是控制SCC裂紋萌生(sheng)與發(fa)展的主(zhu)因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)速率增加(jia)(jia)(jia)。焊接(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是引(yin)(yin)起SCC的主(zhu)要原因,據統計,80%的SCC是由(you)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的。加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要是由(you)沖(chong)壓成(cheng)型(xing)、管和(he)(he)筒體冷彎、脹(zhang)接(jie)、擴口等工(gong)(gong)(gong)藝引(yin)(yin)起的。壓力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)容器和(he)(he)管道中,焊接(jie)部(bu)位(wei)由(you)于(yu)(yu)存在焊接(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的疊(die)加(jia)(jia)(jia),更是應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕易發(fa)生(sheng)地,某(mou)企業(ye)2臺氫化塔發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕的部(bu)位(wei)如圖5-7所示。
對于(yu)圖5-7所示的(de)(de)薄壁內(nei)壓容器,其環向和經向應(ying)(ying)力(li)可(ke)采用回(hui)轉(zhuan)薄殼的(de)(de)薄膜應(ying)(ying)力(li)分析理論分析,受力(li)圖如(ru)圖5-8所示。環向應(ying)(ying)力(li)。。的(de)(de)計算公式(shi)為
在含氯離子環境中,即使殘余應力較小,也可能(neng)會(hui)引(yin)(yin)起應力腐蝕(shi),這(zhe)是因(yin)為材料表面缺陷容易引(yin)(yin)起點(dian)蝕(shi),點(dian)蝕(shi)坑會(hui)造(zao)成(cheng)應力集中,加速裂紋萌(meng)生(sheng)。某一(yi)公司的(de)換熱器服役一(yi)年多(duo)后(hou)換熱管(guan)因(yin)應力腐蝕(shi)造(zao)成(cheng)泄漏(lou),泄漏(lou)部(bu)位并不在焊接部(bu)位處,如圖5-9所(suo)示。
奧氏體不銹鋼(gang)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。