由于不同材料+環境體系的應(ying)力腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(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
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(ying)力腐蝕開裂(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. 環境(jing)因素
環境對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響較為復雜(za),含鹵素離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)介質(zhi)、高溫(wen)純水、硫化物環境等(deng)都能引起(qi)奧氏體不銹鋼應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究一致表(biao)明:在(zai)(zai)相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下,應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性隨(sui)著(zhu)氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)含量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大而(er)升(sheng)高。在(zai)(zai)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)下,存在(zai)(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)臨(lin)界濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)。在(zai)(zai)有(you)些場(chang)合(he),介質(zhi)中(zhong)氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)平(ping)均濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)很(hen)低(di)(di)(di),但是(shi)也會發生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)斷裂現象,這主(zhu)要(yao)是(shi)由氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)在(zai)(zai)局部富集引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)高,應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性增(zeng)大,但是(shi)并不具有(you)線性影(ying)響規律(lv),當溫(wen)度(du)(du)(du)(du)較高時(shi),對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)影(ying)響的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化程度(du)(du)(du)(du)減緩。溫(wen)度(du)(du)(du)(du)對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響是(shi)因(yin)為溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)高,化學(xue)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)速(su)率增(zeng)加,金(jin)屬腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率增(zeng)加。pH值(zhi)是(shi)影(ying)響應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)一重要(yao)因(yin)素,材料(liao)內應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能隨(sui)著(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di)(di)而(er)降(jiang)低(di)(di)(di),但當pH<2時(shi),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類型變為全面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。圖5-6是(shi)Truman對(dui)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)、氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)、pH綜合(he)影(ying)響的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究結(jie)果。從(cong)圖中(zhong)可以看(kan)出(chu),隨(sui)著(zhu)pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)(di)(di),引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)臨(lin)界濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)降(jiang)低(di)(di)(di)。介質(zhi)中(zhong)氧(yang)氣濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)高,SCC敏(min)感性增(zeng)大。

3. 力學因素
與其他腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)類型相比較(jiao),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)必不(bu)可少的(de)(de)條件。應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來源于(yu)工(gong)(gong)作應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)及結構(gou)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),或者由于(yu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物引起(qi)(qi)的(de)(de)擴張力(li)(li)(li)(li),一般認為(wei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)(shi)由拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引起(qi)(qi)的(de)(de),但是(shi)(shi)也有研(yan)究人(ren)員認為(wei)壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)也可以(yi)引起(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。部分研(yan)究者認為(wei),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變是(shi)(shi)控制SCC裂紋萌(meng)生(sheng)與發(fa)展的(de)(de)主因(yin),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)增大使應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率增加(jia)(jia)。焊接(jie)(jie)(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)引起(qi)(qi)SCC的(de)(de)主要(yao)原因(yin),據統計,80%的(de)(de)SCC是(shi)(shi)由殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造(zao)成(cheng)的(de)(de)。加(jia)(jia)工(gong)(gong)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主要(yao)是(shi)(shi)由沖壓成(cheng)型、管和(he)筒體冷彎、脹接(jie)(jie)(jie)、擴口等(deng)工(gong)(gong)藝引起(qi)(qi)的(de)(de)。壓力(li)(li)(li)(li)容(rong)器和(he)管道中,焊接(jie)(jie)(jie)部位由于(yu)存在(zai)焊接(jie)(jie)(jie)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)疊加(jia)(jia),更是(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)易發(fa)生(sheng)地,某企業2臺氫化塔發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)部位如(ru)圖5-7所示。

對于圖(tu)5-7所示(shi)的(de)(de)薄壁內壓容器,其環向(xiang)和經(jing)向(xiang)應(ying)力(li)(li)可采用回轉薄殼的(de)(de)薄膜應(ying)力(li)(li)分析理論分析,受力(li)(li)圖(tu)如圖(tu)5-8所示(shi)。環向(xiang)應(ying)力(li)(li)。。的(de)(de)計算公式為

在含氯(lv)離子環(huan)境(jing)中,即使殘余應(ying)(ying)力較小,也(ye)可能會引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕,這是因(yin)為材料表面缺陷容(rong)易引(yin)起(qi)點(dian)(dian)蝕,點(dian)(dian)蝕坑會造成應(ying)(ying)力集(ji)中,加速裂紋萌生。某一(yi)公(gong)司的換(huan)熱(re)器服役一(yi)年多后換(huan)熱(re)管因(yin)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕造成泄漏,泄漏部(bu)位并不(bu)在焊接部(bu)位處,如圖5-9所示(shi)。

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。



