凡是應力和腐蝕介質共同作用引起的斷裂,稱為應力腐蝕破壞。一般所說的應力腐蝕是一種較為復雜的現象。當應力不存在時,腐蝕十分微小;而施加應力經過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發生脆斷。這類應力(li)腐蝕斷(duan)裂有如下三個共同特征。
①. 應力必須是(shi)拉伸的(de),拉伸應力愈大,則斷(duan)裂時間愈短。
②. 腐蝕介質是特定的,只有某些金屬與介質的組合才會產生應力腐蝕斷裂,例如,黃銅的氨脆、鍋爐鋼的堿脆、低碳鋼的硝脆、高強度鋼的氫脆、奧氏體不(bu)銹鋼管(guan)的氯脆等。使不銹鋼產生應力腐蝕的介質和金屬的組合例子,列于表3-9。
③. 斷裂速(su)度(du)(0.001~0.3cm/h)遠大(da)于沒(mei)有應(ying)力時的腐蝕破壞(huai)速(su)度(du),但又小于單純的力學斷裂速(su)度(du),斷口屬于脆斷型(xing)。
應力腐蝕裂紋是(shi)在奧氏體(ti)不銹鋼管(guan)中,在焊(han)接部(bu)分(fen)等的(de)(de)殘余應力和特定的(de)(de)腐蝕條(tiao)件下發生(sheng)的(de)(de)應力腐蝕裂紋(SCC)。
奧(ao)氏體型不銹(xiu)鋼雖(sui)然具有優越(yue)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性,但是(shi)(shi),在特定的(de)(de)腐(fu)蝕條件下,易發(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕裂紋(SCC)。應(ying)力腐(fu)蝕裂紋是(shi)(shi)由拉(la)伸應(ying)力和腐(fu)蝕兩(liang)種因素(su)共(gong)同作(zuo)用而引起的(de)(de)斷(duan)裂狀腐(fu)蝕。一般情況是(shi)(shi)在含(han)有氯離子(zi)(Cl-)的(de)(de)環境中,處于拉(la)伸應(ying)力狀態下發(fa)生的(de)(de)。
圖3-7顯示的(de)是一(yi)個熱交換器用(yong)不(bu)銹鋼管,發(fa)生(sheng)的(de)應力腐蝕開裂的(de)實(shi)例。
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管的表(biao)面狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)分(fen)為活(huo)性(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、活(huo)化(hua)(hua)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)及過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)四種(zhong),參看圖1-5不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的極(ji)化(hua)(hua)曲(qu)線。應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)活(huo)性(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)、活(huo)性(xing)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)及過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)三種(zhong)情況下,尤其(qi)是(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)中(zhong)(zhong)性(xing)(介質)附近的鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)中(zhong)(zhong),引起(qi)的比較多。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)活(huo)性(xing)態(tai)(tai)(tai)中(zhong)(zhong)的應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋是(shi)(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)表(biao)面腐(fu)蝕(shi)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)應(ying)力(li)(li)造成的局(ju)部破壞(huai)部位上(shang),陽(yang)極(ji)溶解快速進(jin)行(xing)成為裂紋狀(zhuang)(zhuang)(zhuang),當(dang)有氯離子(Cl-)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)時,才會促進(jin)陽(yang)極(ji)溶解。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)中(zhong)(zhong)性(xing)附近的鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)中(zhong)(zhong),在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)表(biao)面鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)薄膜發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)嚴重破壞(huai)時,應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋反而不(bu)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng),只有在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)氯離子(Cl-)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)的鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)薄膜被破壞(huai),進(jin)行(xing)局(ju)部的陽(yang)極(ji)溶解,由于應(ying)力(li)(li)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)使之發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)并(bing)傳播,就會產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋。斷裂是(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)應(ying)力(li)(li)垂直角方向(xiang)上(shang)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的,一般(ban)是(shi)(shi)邊產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)邊發(fa)展。作為使用(yong)環(huan)境來講,幾乎全部是(shi)(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)所有氯離子(Cl-)環(huan)境中(zhong)(zhong)。其(qi)他如高濃度的堿或(huo)酸(suan)也會引起(qi)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋。表(biao)3-9列出了幾種(zhong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)系列產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)的介質。
不(bu)銹鋼管只有在鈍化狀態(tai)下才是耐(nai)腐蝕(shi)的(de),它有最小(xiao)的(de)腐蝕(shi)電(dian)流,腐蝕(shi)速度很(hen)小(xiao)。
溫度對(dui)其影(ying)響很大,溫度越(yue)高則(ze)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕裂(lie)紋越(yue)容(rong)易發(fa)生。在實際環(huan)境中,在70℃以下的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕裂(lie)紋的(de)(de)實例幾乎沒(mei)有,如圖3-8所示。這里(li)所說的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li),包(bao)括操作(zuo)時的(de)(de)動作(zuo)應(ying)(ying)(ying)力(li)、熱應(ying)(ying)(ying)力(li)、裝置(zhi)的(de)(de)約束應(ying)(ying)(ying)力(li)、冷加工以及焊接時的(de)(de)殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)等。減少和防止(zhi)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕裂(lie)紋的(de)(de)對(dui)策列于表3-10。