一、現(xiàn)象
在應(yīng)力與介質(zhì)共同作用下而引起的一種局部斷裂,常見的穿晶型應(yīng)力腐蝕示意圖見圖8.16。實(shí)際遇到的不銹鋼管使用過程中出現(xiàn)的穿晶應(yīng)力腐蝕宏觀和微觀形貌見圖8.17。應(yīng)力為不銹鋼管本身的殘余應(yīng)力,實(shí)測為100~150MPa,介質(zhì)為含有Cl-的水。
二、原因
不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕必須同時滿足三個條件(見圖8.18),即材料因素(敏感的合金),環(huán)境因素(特定的介質(zhì))和力學(xué)因素(靜的拉伸應(yīng)力)等三要素。
①. 敏感的合金(材料因素)-系指具有一定化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的不銹鋼,在一些介質(zhì)中對應(yīng)力腐蝕敏感。但并不是任何一種不銹鋼、在任何條件下均產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。
②. 特定的介質(zhì)(環(huán)境因素)-對某一敏感合金而言,必須有一種或一些特定的腐蝕介質(zhì)與它相匹配,才能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。目前,既沒有對任何介質(zhì)都敏感的不銹鋼,也沒有能引起任何不銹鋼均產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的介質(zhì)。對于18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼而言,能引起應(yīng)力腐蝕的常見特定介質(zhì)有氯化物、氫氧化物和連多硫酸 等。
③. 靜的拉伸應(yīng)力(力學(xué)因素)-如果不存在靜的拉伸應(yīng)力,即使有敏感的合金與特定的介質(zhì)的配合,應(yīng)力腐蝕同樣不會發(fā)生。
三個條件共同作用導(dǎo)致不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂,國內(nèi)外這方面的重大事故很多,此處無法一一列舉。
三、防止措施
設(shè)法去除應(yīng)力腐蝕三個必要條件中的一個因素,便可防止不銹鋼應(yīng)力腐蝕的出現(xiàn)。
①. 在不銹鋼管的生產(chǎn)、設(shè)備加工和使用過程中,降低和消除不銹鋼管的殘余應(yīng)力或造成壓應(yīng)力。例如,采用在不銹鋼管表面進(jìn)行噴丸處理可取得明顯效果(見圖8.19)。但此種處理不適用于易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕的條件。因?yàn)榇┻^壓應(yīng)力層的點(diǎn)蝕底部則處于高拉應(yīng)力區(qū),反而會使應(yīng)力腐蝕過程加速。
②. 降低介質(zhì)溫度和水介質(zhì)中的Cl-濃度,防止Cl-蒸發(fā)濃縮和在不銹鋼管表面富集的條件;鉻鎳不銹鋼制鍋爐和容器等需進(jìn)行水壓試驗(yàn)的設(shè)備,建議用去離子水,不銹鋼管制設(shè)備和構(gòu)件在放置或運(yùn)輸過程中,特別是在海洋性大氣和高Cl-濃度的濕態(tài)環(huán)境中,要妥善加以防護(hù)。
③. 選擇耐應(yīng)力腐蝕材料,在含Cl-的大氣和水介質(zhì)中,為了耐應(yīng)力腐蝕,在實(shí)際應(yīng)用中,各種現(xiàn)代鐵素體不銹鋼管和各種現(xiàn)代雙相不銹鋼管均可優(yōu)先選用。
表8.2 采用Cr-Ni奧氏體不銹鋼加工或焊后消除應(yīng)力熱處理方法的參考規(guī)范
注:A-完全退火,1065~1120℃緩冷;B-退火,850~1120℃緩冷;C-固溶處理,1065~1120℃水冷或急冷;D-消除應(yīng)力熱處理,850~900℃空冷或急冷;E-穩(wěn)定化處理,850~900℃空冷;F-尺寸穩(wěn)定熱處理,500~600℃緩冷。(a)建議選用最適于進(jìn)行焊后或加工后熱處理的含Ti、Nb的鋼種或超低C不銹鋼;(b)多數(shù)部件不必進(jìn)行熱處理,但在加工過程中,不銹鋼受敏化的條件下,必須進(jìn)行熱處理時,才進(jìn)行此種處理;(c)在加工完后,在進(jìn)行C規(guī)范處理的前提下,也能夠用A、B或D規(guī)范進(jìn)行處理。