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(ao)氏體不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(yin)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(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(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


  環境對(dui)(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)較(jiao)為復雜(za),含(han)鹵(lu)素離子(zi)(zi)的(de)(de)介質、高溫(wen)純水(shui)、硫(liu)化(hua)物環境等(deng)都能(neng)引起(qi)奧氏體不銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。所有的(de)(de)研究(jiu)一(yi)致表明:在(zai)相同(tong)的(de)(de)條件下,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性隨(sui)著(zhu)(zhu)氯(lv)離子(zi)(zi)含(han)量的(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)而升高。在(zai)不同(tong)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)下,存在(zai)一(yi)定的(de)(de)氯(lv)離子(zi)(zi)臨(lin)界(jie)濃度(du)(du)。在(zai)有些(xie)場合,介質中氯(lv)離子(zi)(zi)平均濃度(du)(du)很低,但是(shi)也(ye)會發生應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)斷裂現象,這主要是(shi)由氯(lv)離子(zi)(zi)在(zai)局部富集引起(qi)的(de)(de)。溫(wen)度(du)(du)升高,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性增(zeng)(zeng)大(da),但是(shi)并不具有線性影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)規(gui)律(lv),當溫(wen)度(du)(du)較(jiao)高時(shi),對(dui)(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)變化(hua)程度(du)(du)減緩。溫(wen)度(du)(du)對(dui)(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)是(shi)因為溫(wen)度(du)(du)升高,化(hua)學反(fan)應(ying)(ying)速(su)率增(zeng)(zeng)加,金屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率增(zeng)(zeng)加。pH值是(shi)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂的(de)(de)另一(yi)重要因素,材(cai)料內應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)隨(sui)著(zhu)(zhu)pH的(de)(de)降(jiang)低而降(jiang)低,但當pH<2時(shi),腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)類(lei)型變為全面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。圖5-6是(shi)Truman對(dui)(dui)溫(wen)度(du)(du)、氯(lv)離子(zi)(zi)濃度(du)(du)、pH綜合影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)研究(jiu)結(jie)果。從圖中可以看出,隨(sui)著(zhu)(zhu)pH的(de)(de)降(jiang)低,引起(qi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)氯(lv)離子(zi)(zi)臨(lin)界(jie)濃度(du)(du)降(jiang)低。介質中氧氣濃度(du)(du)升高,SCC敏感(gan)性增(zeng)(zeng)大(da)。


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3. 力學(xue)因(yin)素


  與其他(ta)腐蝕(shi)(shi)類型(xing)相比較,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)是(shi)(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)必不可(ke)少的(de)條(tiao)件(jian)。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)來(lai)源于(yu)工(gong)作應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)力(li)(li)(li)及結構應(ying)(ying)力(li)(li)(li),或者由(you)于(yu)腐蝕(shi)(shi)產物引(yin)起的(de)擴張力(li)(li)(li),一般認(ren)為(wei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)是(shi)(shi)由(you)拉(la)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)引(yin)起的(de),但是(shi)(shi)也有研究人員認(ren)為(wei)壓應(ying)(ying)力(li)(li)(li)也可(ke)以引(yin)起應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)。部(bu)分(fen)研究者認(ren)為(wei),應(ying)(ying)變是(shi)(shi)控制SCC裂紋萌生與發(fa)(fa)展的(de)主因,應(ying)(ying)力(li)(li)(li)增大(da)使(shi)應(ying)(ying)變速率增加(jia)(jia)(jia)。焊接(jie)(jie)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)(jia)工(gong)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)是(shi)(shi)引(yin)起SCC的(de)主要原因,據統計,80%的(de)SCC是(shi)(shi)由(you)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)。加(jia)(jia)(jia)工(gong)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)主要是(shi)(shi)由(you)沖(chong)壓成(cheng)型(xing)、管(guan)(guan)和(he)筒體冷彎、脹接(jie)(jie)、擴口(kou)等工(gong)藝引(yin)起的(de)。壓力(li)(li)(li)容器和(he)管(guan)(guan)道中,焊接(jie)(jie)部(bu)位由(you)于(yu)存在焊接(jie)(jie)殘(can)(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)和(he)加(jia)(jia)(jia)工(gong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)疊(die)加(jia)(jia)(jia),更(geng)是(shi)(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)易發(fa)(fa)生地,某企業2臺氫化塔發(fa)(fa)生應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)部(bu)位如圖5-7所示。


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  對于(yu)圖(tu)5-7所示(shi)(shi)的薄(bo)壁內壓容器,其環(huan)向(xiang)和(he)經向(xiang)應(ying)力可采用回(hui)轉薄(bo)殼的薄(bo)膜應(ying)力分析理論(lun)分析,受力圖(tu)如圖(tu)5-8所示(shi)(shi)。環(huan)向(xiang)應(ying)力。。的計(ji)算公式為


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  在含氯離子環境中(zhong),即使殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)較小,也可能會引起應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi),這(zhe)是因為材(cai)料表面缺(que)陷容易引起點(dian)蝕(shi),點(dian)蝕(shi)坑會造(zao)成應(ying)(ying)(ying)力(li)集中(zhong),加速裂(lie)紋萌生。某一公司(si)的換熱(re)器服役一年(nian)多后(hou)換熱(re)管因應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)造(zao)成泄(xie)漏(lou)(lou),泄(xie)漏(lou)(lou)部(bu)位(wei)(wei)并(bing)不在焊接(jie)部(bu)位(wei)(wei)處,如圖5-9所示(shi)。


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  奧氏體不銹鋼(gang)換(huan)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。


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