不锈钢制的机器、配管等由于外围大气层的缘故而发生应力腐蚀断裂,这一点很早就为人们所认识了。根据美国DuPont公司1950年发布的报告,仅他们公司本身就发生了40起同类事例。这种断裂一般被称为外应力腐蚀断裂(external stress corro-sion cracking,略称ESCC),发生位置主要分为两类:一种是断裂发生位置表面有保温材料的时候;另一种是没有保温材料,在裸露不锈钢上直接发生。前者主要是雨水等通过外部的保温材料(用来保护内部流体的温度)达到钢表面,雨水和保温材料中的氯离子凝聚在表面从而引起断裂。因此以美国为主,主要通过Wick试验和MIL规格试验来研究各种因子的影响,后来决定要把重点放在保温材料的选定而不是材料上。这种断裂就本质上来说是水溶液中的应力腐蚀断裂,此外,大久保对此也发表过评论,这里省略不提。下面主要探讨一下裸露表面发生的断裂问题。


 在海边的化学工厂里,内部液体温度较低且外部没有保温材料的SUS304钢制器具、配管等,曾经发生过由大气造成的晶间断裂现象。与外部有保温材料的断裂相比,这尚属新问题,在日本大概是1975年以后才出现。1981、1982年曾有这类事例报告,而且其他地方也出现过同类事例,从而引起人们的关注,因此在1984年(社)化学工学协会化学装置材料委员会的腐蚀分科会上,对由ESCC造成损伤的实际情况进行了调查。根据此次调查结果,在110例损伤事件中有47例(接近半数)是在裸露使用(外部没有保温材料)情况下发生的断裂,问题非常严重。根据此调查报告,损伤的部位多见于焊接部分的热影响部位,材料几乎全部是SUS304型钢,内部液体的温度半数集中于50℃以下(外部有保温材料的情况下为50~150℃),断裂形态虽有穿晶裂纹,但大部分属于晶间断裂。此外其表面还附着有大量的氯化物。


 目前,针对影响断裂因素的实验室研究正在进行。中村在1985年针对损伤事例的解析结果及实验室中盐水喷雾-干燥的反复试验结果做了报告。此份报告从事例解析人手,认为由大气造成的断裂是材料反应的敏化、大气中所含的海盐粒子及材料表面的生锈等因素相互作用的结果,进而通过1%NaCl+0.5%H2O2水溶液中的干燥反复喷雾试验,再现了这一断裂现象,表明在敏化热处理之前进行低温加工,使SUS304钢预先发生形变,这样其粒界断裂的敏感性会大大增强。此外,该报告还证实了低碳化及稳定化不锈钢、带有表面树脂涂层的SUS304 型钢具有抗断裂性能。此外,同年(1985年),笠原等人在英国ICI社研究的基础上,用50℃的人工海水对U字形敏化304钢做了100天的连续喷雾试验,证实了铝箔对生锈的304钢具有擦光效果。


 另一方面,庄司等人(1986年)把含有各种氯化物的滴液滴在尚未敏化的SUS304及SUS316L钢的U字形试验片上,并把这些试验片置于50~70℃的环境下进行试验,结果发现根据氯化物种类的不同,在各自固有的湿度下最容易断裂,由海水引起的断裂是MgCl2作用的结果。之后,他们(1989年)用两年的时间在室内温度下进行了同样的试验,结果只有滴有NaCl溶液的试验片没有断裂,而滴有人工海水或MgCl2溶液的试验片在30%~40%左右的相对温度下就会发生断裂。


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 1987年竹本等人认为造成已敏化的SUS304 低温断裂的有害因素除了大气中存在的氯离子之外,还包括因焊接和焊接后的表面处理而产生的氟离子,就此他们做了试验,结果表明氟离子极为有害,正如图7.17 所示,即使在0.00001%~0.0001%这样较低的浓度下,也是有害的。而且,梅村等(1987年)为了明确影响断裂的因素,对已敏化的SUS304 进行了大气暴露试验和实验室性质的研究。其中,大气暴露试验的结果表明与被雨淋的环境相比,没有直接被雨淋的环境更易导致断裂的发生,进而他们得出了与上述庄司等人相同的结论:温度、湿度、盐的吸湿性等影响盐干燥程度的条件是影响断裂的重要因素,特别是海盐粒子中所含的MgCl2使得SUS304极易断裂。


 进而,都岛等(1987年)在海边做了两年的暴露试验,来研究敏化热处理与各种涂漆对304不锈钢304L不锈钢316不锈钢316L不锈钢断裂的影响,结果发现只有敏化的未经喷涂的304钢才会发生断裂,从而证明了喷涂能有效防止断裂。


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 根据上述研究结果,我们也能明确解释导致ESCC在裸露使用情况下产生断裂的原因,而防止断裂的对策也正如中原、尾崎所做的表7.9(1991年)所示。表7.9也列出了使用保温材料时的对策,但不管何种情况,现在都采用可信度较高的喷涂法,因为这一办法尚未得到充分的证明,所以今后也值得予以关注。