由于不同材料+環境體系的應力腐蝕(shi)影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)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(xiu)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. 環境因素


  環境對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)較為復雜(za),含(han)鹵素離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)介(jie)質、高(gao)溫(wen)(wen)純(chun)水、硫化(hua)物環境等(deng)都(dou)能引(yin)(yin)(yin)起奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。所有的(de)(de)(de)(de)研究一致表明:在相同的(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)敏(min)感(gan)(gan)性(xing)隨著(zhu)(zhu)氯離(li)(li)子(zi)(zi)含(han)量的(de)(de)(de)(de)增大而升高(gao)。在不同的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)下(xia),存在一定的(de)(de)(de)(de)氯離(li)(li)子(zi)(zi)臨界(jie)濃(nong)度(du)。在有些場合,介(jie)質中(zhong)氯離(li)(li)子(zi)(zi)平均(jun)濃(nong)度(du)很低(di),但是也會發(fa)生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂現象,這主要是由氯離(li)(li)子(zi)(zi)在局部富(fu)集引(yin)(yin)(yin)起的(de)(de)(de)(de)。溫(wen)(wen)度(du)升高(gao),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)敏(min)感(gan)(gan)性(xing)增大,但是并不具(ju)有線性(xing)影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)規(gui)律,當(dang)溫(wen)(wen)度(du)較高(gao)時(shi),對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)程度(du)減(jian)緩。溫(wen)(wen)度(du)對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)是因為溫(wen)(wen)度(du)升高(gao),化(hua)學反應(ying)(ying)速率增加(jia),金屬腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率增加(jia)。pH值是影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)(de)另一重要因素,材(cai)料(liao)內應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能隨著(zhu)(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)降低(di)而降低(di),但當(dang)pH<2時(shi),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)類型變(bian)為全面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。圖5-6是Truman對溫(wen)(wen)度(du)、氯離(li)(li)子(zi)(zi)濃(nong)度(du)、pH綜(zong)合影(ying)(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)研究結果。從圖中(zhong)可以看出,隨著(zhu)(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)降低(di),引(yin)(yin)(yin)起應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)氯離(li)(li)子(zi)(zi)臨界(jie)濃(nong)度(du)降低(di)。介(jie)質中(zhong)氧(yang)氣濃(nong)度(du)升高(gao),SCC敏(min)感(gan)(gan)性(xing)增大。


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3. 力學因素(su)


  與(yu)其他腐(fu)蝕(shi)(shi)類型相比較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)必(bi)不可少(shao)的(de)(de)(de)條(tiao)件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)來源于工(gong)(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),或者(zhe)由(you)于腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物引(yin)起的(de)(de)(de)擴張力(li)(li)(li)(li)(li),一般(ban)認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)由(you)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)起的(de)(de)(de),但是(shi)也(ye)有研究(jiu)人員認為(wei)壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)也(ye)可以引(yin)起應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。部(bu)分研究(jiu)者(zhe)認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)是(shi)控(kong)制(zhi)SCC裂紋萌生與(yu)發展的(de)(de)(de)主因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)增大使(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)速率增加。焊接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)(he)加工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)引(yin)起SCC的(de)(de)(de)主要原因,據統(tong)計,80%的(de)(de)(de)SCC是(shi)由(you)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造成的(de)(de)(de)。加工(gong)(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主要是(shi)由(you)沖(chong)壓(ya)成型、管(guan)和(he)(he)(he)筒體冷彎(wan)、脹接(jie)、擴口等工(gong)(gong)藝引(yin)起的(de)(de)(de)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)容器和(he)(he)(he)管(guan)道中(zhong),焊接(jie)部(bu)位由(you)于存在焊接(jie)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)(he)加工(gong)(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)疊加,更是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)易發生地,某企業2臺氫化塔(ta)發生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)部(bu)位如圖5-7所示。


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  對于圖5-7所示(shi)的薄(bo)壁內壓容(rong)器,其環(huan)向和經(jing)向應力(li)可采(cai)用回轉薄(bo)殼的薄(bo)膜應力(li)分析(xi)理論分析(xi),受力(li)圖如圖5-8所示(shi)。環(huan)向應力(li)。。的計(ji)算公式為


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  在含(han)氯離(li)子(zi)環境中,即使殘余應(ying)力(li)較小(xiao),也可能(neng)會引起(qi)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi),這是因為材料表面缺(que)陷容易引起(qi)點(dian)蝕(shi)(shi),點(dian)蝕(shi)(shi)坑會造成應(ying)力(li)集中,加速裂紋萌生。某一(yi)公司的換(huan)熱(re)器(qi)服役一(yi)年多后換(huan)熱(re)管因應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)造成泄漏(lou),泄漏(lou)部位并(bing)不在焊接部位處,如圖(tu)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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