浙江至德钢业有限公司工程师认为不锈钢应力腐蚀断裂条件主要有以下几点:


1. 介质的影响


  应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质与图3-8 氢脆性应力腐蚀材料组合上有选择性,在此特定组合之外的条件不会产生应力 裂纹扩展机理的示意图腐蚀。引起不锈钢应力腐蚀的介质,从美国全国腐蚀工程师协会提供的资料中选取一些数据列于表3-3。发生在敏感介质中应力腐蚀开裂的类型见表3-4。为了减轻或消除特定环境中的应力腐蚀,可以在介质中添加缓冲剂见表3-5。





  关于每种结构材料的应力腐蚀的介质体系是很复杂的问题,难于简明概括,必须根据具体环境具体分析。例如,大家都熟知的奥氏体型不锈钢在Cl-环境中的应力腐蚀,不仅与溶液中的Cl-离子浓度有关,而且还与其溶液中氧含量有关。从图3-9中可以看出,尽管溶液中的Cl-离子浓度很高,但氧含量较少时或者Cl-离子浓度较低,而氧含量较高时,均不会引起应力腐蚀。在碱性水溶液中,特别是接近沸点的高温时,奥氏体型不锈钢也易发生应力腐蚀。


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2. 应力条件


  应力腐蚀裂纹是应力和腐蚀介质共同作用的结果。腐蚀介质往往是不可选择的,那么对应力腐蚀起主导调控作用的就是应力。应力腐蚀对应力也有选择性,通常压应力不会引起应力腐蚀裂纹,只有在拉应力的作用下才会导致应力腐蚀裂纹的产生。对于18-8型不锈钢,由于它的导热性差,线胀系数大,就会产生较大的焊接残余应力。焊接残余应力是焊接结构件产生应力腐蚀的主要来源。在应力腐蚀介质中,焊缝金属和近缝区拉应力很容易产生裂纹,而使焊接构件渗漏,直至断裂。虽说压应力不会引起应力腐蚀,但是随着裂纹的扩展,应力也会发生重新分布,最初的压应力部位也会有裂纹扩展的可能性。弯曲加工、拉拔矫正产生的残余应力和焊接残余应力的叠加,更能促使应力腐蚀的加速。在工作状态下导致应力腐蚀的应力,往往是设计时未考虑到的。从表3-6可见,产生应力腐蚀的应力来自冷热加工的比例也是惊人的,所以构件的制作加工,应给予足够的重视。例如,一个焊接容器,其封头和筒体都要经过下料、冲压、卷圆和精加工,加工应变使材料的屈服强度上升,所产生的残余应力也更大。若在这种应力状态下再经过强行装配焊接,焊接的残余应力状态将变得更为复杂,很可能大大促进应力腐蚀的产生、发展,甚至断裂。曾用厚为6mm的18-8型不锈钢焊接试板,在常温下经过冷却加工和拉伸后进行施焊,切成数块焊接试样浸渍到质量分数为42%的MgCl2沸腾的溶液中进行抗应力腐蚀试验,在短时间内应力腐蚀裂纹就暴露出来了。这一实例也证实了上述说法。


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  导致应力腐蚀的应力因素是多方面的,预防措施也是多方面的。总而言之,要控制载荷和内应力拉伸分量的总水平,不可超过相应环境中产生应力腐蚀的应力门槛值。大家知道,一般焊接接头的焊缝和近缝区的残余拉应力可达到钢材屈服强度的水平,即已远远超过了应力腐蚀的应力门槛值。也就是说,不经消除应力处理的焊接接头,一旦处于应力腐蚀的环境中,会不可避免地发生应力腐蚀断裂。通常在焊接以前可预制一个变形并在焊后锤击焊缝来松弛残余应力;或者将不锈钢焊接构件作高于820℃热处理来消除焊接残余应力。对于18-8型不锈钢,在它的马氏体相变点温度(50~100℃)下进行加工,产生冷作硬化,使之发生相变,形成一定数量的马氏体组织。这时在相同附加应力作用下,可以发现,它比未发生马氏体相变的18-8型不锈钢具有较好的抗应力腐蚀性能。但若冷作变形量过大,则会产生过量的马氏体组织,对耐应力腐蚀性能会起相反的作用。



3. 材料条件 


  一般情况下,特别纯的金属不会产生应力腐蚀,应力腐蚀大多发生在合金(含杂质的工业纯金属也属于合金)中在晶界上的合金元素偏析是引起合金的晶间型开裂的应力腐蚀的重要因素之一。随着钢中镍和碳含量增加,可以提高奥氏体型不锈钢的抗应力腐蚀能力。而钢中铌、钛、钼、氮等元素含量的提高,易引起应力腐蚀倾向,微量的磷、砷、锑、铋更能促使应力腐蚀裂纹的形成。


  在奥氏体型不锈钢中增加铁素体含量,可使铁素体组织在奥氏体组织中阻碍裂纹的发展,从而提高其耐应力腐蚀的能力。但铁素体的体积分数不宜超过60%,不然又将逐步使性能下降。


  综上所述,引起应力腐蚀裂纹必须具备三个条件:首先金属材质在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向;其次用这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀介质之中;最后要有高于一定水平的拉应力。缺少其中任一个条件是不可能发生应力腐蚀开裂的。