由于不同材料+環境體系的應力腐蝕影響因素是不一樣的,故本節只介紹奧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. 環境因素


  環境對應力腐蝕的影響較為復雜,含鹵素離子的介質、高溫純水、硫化物環境等都能引起奧氏體不銹鋼應力腐蝕。所有的研究一致表明:在相同的條件下,應力腐蝕敏感性隨著氯離子含量的增大而升高。在不同的溫度下,存在一定的氯離子臨界濃度。在有些場合,介質中氯離子平均濃度很低,但是也會發生應力腐蝕斷裂現象,這主要是由氯離子在局部富集引起的。溫度升高,應力腐蝕敏感性增大,但是并不具有線性影響規律,當溫度較高時,對應力腐蝕影響的變化程度減緩。溫度對應力腐蝕的影響是因為溫度升高,化學反應速率增加,金屬腐蝕速率增加。pH值是影響應力腐蝕開裂的另一重要因素,材料內應力腐蝕性能隨著pH的降低而降低,但當pH<2時,腐蝕類型變為全面腐蝕。圖5-6是Truman對溫度、氯離子濃度、pH綜合影響的研究結果。從圖中可以看出,隨著pH的降低,引起應力腐蝕的氯離子臨界濃度降低。介質中氧氣濃度升高,SCC敏感性增大。


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3. 力學因素


  與其他腐蝕類型相比較,應力是應力腐蝕必不可少的條件。應力來源于工作應力、殘余應力、熱應力及結構應力,或者由于腐蝕產物引起的擴張力,一般認為應力腐蝕是由拉應力引起的,但是也有研究人員認為壓應力也可以引起應力腐蝕。部分研究者認為,應變是控制SCC裂紋萌生與發展的主因,應力增大使應變速率增加。焊接殘余應力和加工殘余應力是引起SCC的主要原因,據統計,80%的SCC是由殘余應力造成的。加工殘余應力主要是由沖壓成型、管和筒體冷彎、脹接、擴口等工藝引起的。壓力容器和管道中,焊接部位由于存在焊接殘余應力和加工應力的疊加,更是應力腐蝕易發生地,某企業2臺氫化塔發生應力腐蝕的部位如圖5-7所示。


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  對于圖5-7所示的薄壁內壓容器,其環向和經向應力可采用回轉薄殼的薄膜應力分析理論分析,受力圖如圖5-8所示。環向應力。。的計算公式為


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  在含氯離子環境中,即使殘余應力較小,也可能會引起應力腐蝕,這是因為材料表面缺陷容易引起點蝕,點蝕坑會造成應力集中,加速裂紋萌生。某一公司的換熱器服役一年多后換熱管因應力腐蝕造成泄漏,泄漏部位并不在焊接部位處,如圖5-9所示。


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  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。


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