一、現象
在應力與介質共同作用下而引起的一種局部斷裂,常見的穿晶型應力腐蝕示意圖見圖8.16。實際遇到的不銹鋼管使用過程中出現的穿晶應力腐蝕宏觀和微觀形貌見圖8.17。應力為不銹鋼管本身的殘余應力,實測為100~150MPa,介質為含有Cl-的水。
二、原因
不銹鋼產生應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),環境因素(特定的介質)和力學因素(靜的拉伸應力)等三要素。
①. 敏感的合金(材料因素)-系指具有一定化學成分和組織結構的不銹鋼,在一些介質中對應力腐蝕敏感。但并不是任何一種不銹鋼、在任何條件下均產生應力腐蝕斷裂。
②. 特定的介質(環境因素)-對某一敏感合金而言,必須有一種或一些特定的腐蝕介質與它相匹配,才能產生應力腐蝕。目前,既沒有對任何介質都敏感的不銹鋼,也沒有能引起任何不銹鋼均產生應力腐蝕斷裂的介質。對于18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼而言,能引起應力腐蝕的常見特定介質有氯化物、氫氧化物和連多硫酸 等。
③. 靜的拉伸應力(力學因素)-如果不存在靜的拉伸應力,即使有敏感的合金與特定的介質的配合,應力腐蝕同樣不會發生。
三個條件共同作用導致不銹鋼產生應力腐蝕斷裂,國內外這方面的重大事故很多,此處無法一一列舉。
三、防止措施
設法去除應力腐蝕三個必要條件中的一個因素,便可防止不銹鋼應力腐蝕的出現。
①. 在不銹鋼管的生產、設備加工和使用過程中,降低和消除不銹鋼管的殘余應力或造成壓應力。例如,采用在不銹鋼管表面進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生點腐蝕的條件。因為穿過壓應力層的點蝕底部則處于高拉應力區,反而會使應力腐蝕過程加速。
②. 降低介質溫度和水介質中的Cl-濃度,防止Cl-蒸發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行水壓試驗的設備,建議用去離子水,不銹鋼管制設備和構件在放置或運輸過程中,特別是在海洋性大氣和高Cl-濃度的濕態環境中,要妥善加以防護。
③. 選擇耐應力腐蝕材料,在含Cl-的大氣和水介質中,為了耐應力腐蝕,在實際應用中,各種現代鐵素體不銹鋼管和各種現代雙相不銹鋼管均可優先選用。
表8.2 采用Cr-Ni奧氏體不銹鋼加工或焊后消除應力熱處理方法的參考規范
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-消除應力熱處理,850~900℃空冷或急冷;E-穩定化處理,850~900℃空冷;F-尺寸穩定熱處理,500~600℃緩冷。(a)建議選用最適于進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)多數部件不必進行熱處理,但在加工過程中,不銹鋼受敏化的條件下,必須進行熱處理時,才進行此種處理;(c)在加工完后,在進行C規范處理的前提下,也能夠用A、B或D規范進行處理。