由于不同材料+環境體系的應力腐(fu)蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧氏體(ti)不(bu)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(li)腐蝕(shi)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. 環境因素
環境(jing)對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)為復雜,含鹵素離子的(de)(de)(de)介質(zhi)、高(gao)溫(wen)(wen)純水(shui)、硫化(hua)(hua)物(wu)環境(jing)等都能(neng)引(yin)起(qi)(qi)(qi)奧氏體不銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)研究一(yi)致(zhi)表(biao)明:在相同的(de)(de)(de)條件(jian)下,應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)隨著(zhu)氯離子含量的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)而(er)升(sheng)高(gao)。在不同的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下,存在一(yi)定的(de)(de)(de)氯離子臨(lin)界(jie)濃(nong)度(du)(du)(du)。在有(you)些場合,介質(zhi)中氯離子平均濃(nong)度(du)(du)(du)很低(di)(di),但是(shi)(shi)(shi)(shi)也會發生應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)斷裂現象,這主要(yao)是(shi)(shi)(shi)(shi)由氯離子在局部(bu)富(fu)集引(yin)起(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)。溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao),應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)增(zeng)大(da),但是(shi)(shi)(shi)(shi)并不具有(you)線性(xing)影(ying)響(xiang)規(gui)律,當溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)高(gao)時,對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)程度(du)(du)(du)減(jian)緩。溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)是(shi)(shi)(shi)(shi)因為溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao),化(hua)(hua)學反(fan)應(ying)(ying)速率(lv)增(zeng)加(jia),金屬(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)增(zeng)加(jia)。pH值是(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)響(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)另一(yi)重要(yao)因素,材料(liao)內應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di)而(er)降(jiang)低(di)(di),但當pH<2時,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型變為全(quan)面腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。圖(tu)5-6是(shi)(shi)(shi)(shi)Truman對(dui)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)、氯離子濃(nong)度(du)(du)(du)、pH綜合影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)研究結果。從圖(tu)中可以(yi)看出,隨著(zhu)pH的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di),引(yin)起(qi)(qi)(qi)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)氯離子臨(lin)界(jie)濃(nong)度(du)(du)(du)降(jiang)低(di)(di)。介質(zhi)中氧氣濃(nong)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao),SCC敏感性(xing)增(zeng)大(da)。

3. 力(li)學(xue)因素
與其(qi)他腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)類型相比較,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)必不可少的(de)(de)條(tiao)件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)來源(yuan)于工(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),或者(zhe)由(you)于腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)擴(kuo)張力(li)(li)(li)(li)(li),一般認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)由(you)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de),但是(shi)也有研究人(ren)員(yuan)認為(wei)壓(ya)(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)也可以(yi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。部分研究者(zhe)認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)是(shi)控制SCC裂紋萌生與發(fa)展的(de)(de)主因,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)大使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)增(zeng)加(jia)(jia)。焊接殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工(gong)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)引(yin)(yin)起(qi)(qi)SCC的(de)(de)主要(yao)(yao)原因,據統計,80%的(de)(de)SCC是(shi)由(you)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造成的(de)(de)。加(jia)(jia)工(gong)殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主要(yao)(yao)是(shi)由(you)沖壓(ya)(ya)(ya)成型、管和(he)筒體冷彎、脹(zhang)接、擴(kuo)口等工(gong)藝引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)。壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)容器(qi)和(he)管道中,焊接部位由(you)于存在焊接殘(can)余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)疊加(jia)(jia),更是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)易發(fa)生地,某(mou)企業2臺氫化塔發(fa)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)部位如(ru)圖5-7所示(shi)。

對于圖5-7所示的薄壁內(nei)壓容(rong)器,其環(huan)向和經向應力(li)可采用回轉薄殼(ke)的薄膜應力(li)分析理論分析,受力(li)圖如圖5-8所示。環(huan)向應力(li)。。的計(ji)算公式為

在含氯離子環境中,即使殘余應(ying)力較小,也可能會引(yin)起應(ying)力腐蝕(shi),這是(shi)因(yin)為材料表(biao)面缺陷(xian)容易引(yin)起點(dian)蝕(shi),點(dian)蝕(shi)坑(keng)會造(zao)成(cheng)應(ying)力集中,加速裂紋萌生。某(mou)一(yi)公司的換熱器服役一(yi)年多后換熱管因(yin)應(ying)力腐蝕(shi)造(zao)成(cheng)泄漏(lou)(lou),泄漏(lou)(lou)部位并不在焊(han)接部位處,如(ru)圖(tu)5-9所(suo)示。

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。



