浙江至德鋼業有限公司工程師認為不銹鋼(gang)應力腐(fu)蝕斷裂條件主要有以下幾點:
1. 介質的影響
應力腐蝕的最大特點之一是腐蝕介質與圖3-8 氫(qing)脆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。引起不銹鋼應力腐蝕的介質,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(guan)于(yu)(yu)每種結構材料的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)介質(zhi)體系是很復雜的(de)(de)(de)(de)問(wen)題,難于(yu)(yu)簡(jian)明概括,必須(xu)根據具體環境具體分(fen)析。例如,大家都熟知的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹鋼在(zai)Cl-環境中的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi),不(bu)(bu)(bu)僅與溶液(ye)(ye)中的(de)(de)(de)(de)Cl-離子(zi)(zi)濃(nong)度(du)有關(guan),而且(qie)還與其(qi)溶液(ye)(ye)中氧(yang)(yang)含(han)量(liang)有關(guan)。從圖3-9中可以看出,盡管溶液(ye)(ye)中的(de)(de)(de)(de)Cl-離子(zi)(zi)濃(nong)度(du)很高,但氧(yang)(yang)含(han)量(liang)較少時(shi)或(huo)者Cl-離子(zi)(zi)濃(nong)度(du)較低,而氧(yang)(yang)含(han)量(liang)較高時(shi),均不(bu)(bu)(bu)會引起(qi)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)。在(zai)堿性水溶液(ye)(ye)中,特別(bie)是接近沸點的(de)(de)(de)(de)高溫時(shi),奧(ao)氏體型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹鋼也易發生應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)。

2. 應力(li)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。

導致應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)因(yin)素是多方面的(de)(de)(de)(de),預防措(cuo)施也(ye)是多方面的(de)(de)(de)(de)。總(zong)(zong)而言之,要控制(zhi)載荷和(he)內應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)拉伸分量(liang)的(de)(de)(de)(de)總(zong)(zong)水平(ping),不(bu)(bu)可(ke)超過相(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)環境(jing)中產(chan)生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)門檻(jian)值。大(da)家知道,一般焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)和(he)近(jin)縫(feng)區的(de)(de)(de)(de)殘(can)余拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)可(ke)達到鋼材屈服強度(du)的(de)(de)(de)(de)水平(ping),即已遠(yuan)遠(yuan)超過了應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)門檻(jian)值。也(ye)就是說,不(bu)(bu)經消除(chu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)處理的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou),一旦(dan)處于應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)環境(jing)中,會不(bu)(bu)可(ke)避免地發生應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)斷裂。通常在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)以(yi)(yi)前可(ke)預制(zhi)一個變(bian)形(xing)并在(zai)焊(han)(han)后錘擊(ji)焊(han)(han)縫(feng)來(lai)松(song)弛(chi)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li);或者將不(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)構(gou)件作(zuo)高(gao)于820℃熱處理來(lai)消除(chu)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘(can)余應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。對于18-8型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,在(zai)它(ta)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)點溫度(du)(50~100℃)下(xia)進行加工,產(chan)生冷作(zuo)硬化(hua),使之發生相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian),形(xing)成一定數量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)組織。這時在(zai)相(xiang)(xiang)(xiang)同附(fu)加應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)用下(xia),可(ke)以(yi)(yi)發現,它(ta)比未發生馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)的(de)(de)(de)(de)18-8型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能。但若冷作(zuo)變(bian)形(xing)量(liang)過大(da),則會產(chan)生過量(liang)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)組織,對耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能會起相(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。
3. 材(cai)料條(tiao)件
一般情況下,特(te)別純的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)不(bu)會產生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)大多發生在合金(jin)(jin)(含雜質的(de)(de)(de)工業純金(jin)(jin)屬(shu)也屬(shu)于(yu)合金(jin)(jin))中(zhong)在晶界上的(de)(de)(de)合金(jin)(jin)元素(su)偏析(xi)是引(yin)起合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)晶間型開裂的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)重要因素(su)之一。隨(sui)著鋼中(zhong)鎳和碳(tan)含量增加,可以(yi)提高(gao)奧氏體型不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能力(li)。而鋼中(zhong)鈮(ni)、鈦(tai)、鉬、氮等元素(su)含量的(de)(de)(de)提高(gao),易引(yin)起應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)傾向,微量的(de)(de)(de)磷(lin)、砷、銻、鉍更能促使應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)裂紋的(de)(de)(de)形(xing)成。
在奧(ao)氏體(ti)(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)增加鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量,可使(shi)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)在奧(ao)氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)中(zhong)阻礙(ai)裂(lie)紋的發展,從而提高(gao)其耐應力腐(fu)蝕(shi)的能(neng)力。但鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的體(ti)(ti)積分數不宜超過(guo)60%,不然又將(jiang)逐步(bu)使(shi)性(xing)能(neng)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(kai)裂(lie)的。

