一、现象
在应力与介质共同作用下而引起的一种局部断裂,常见的穿晶型应力腐蚀示意图见图8.16。实际遇到的不锈钢管使用过程中出现的穿晶应力腐蚀宏观和微观形貌见图8.17。应力为不锈钢管本身的残余应力,实测为100~150MPa,介质为含有Cl-的水。
二、原因
不锈钢产生应力腐蚀必须同时满足三个条件(见图8.18),即材料因素(敏感的合金),环境因素(特定的介质)和力学因素(静的拉伸应力)等三要素。
①. 敏感的合金(材料因素)-系指具有一定化学成分和组织结构的不锈钢,在一些介质中对应力腐蚀敏感。但并不是任何一种不锈钢、在任何条件下均产生应力腐蚀断裂。
②. 特定的介质(环境因素)-对某一敏感合金而言,必须有一种或一些特定的腐蚀介质与它相匹配,才能产生应力腐蚀。目前,既没有对任何介质都敏感的不锈钢,也没有能引起任何不锈钢均产生应力腐蚀断裂的介质。对于18-8型铬镍奥氏体不锈钢而言,能引起应力腐蚀的常见特定介质有氯化物、氢氧化物和连多硫酸 等。
③. 静的拉伸应力(力学因素)-如果不存在静的拉伸应力,即使有敏感的合金与特定的介质的配合,应力腐蚀同样不会发生。
三个条件共同作用导致不锈钢产生应力腐蚀断裂,国内外这方面的重大事故很多,此处无法一一列举。
三、防止措施
设法去除应力腐蚀三个必要条件中的一个因素,便可防止不锈钢应力腐蚀的出现。
①. 在不锈钢管的生产、设备加工和使用过程中,降低和消除不锈钢管的残余应力或造成压应力。例如,采用在不锈钢管表面进行喷丸处理可取得明显效果(见图8.19)。但此种处理不适用于易产生点腐蚀的条件。因为穿过压应力层的点蚀底部则处于高拉应力区,反而会使应力腐蚀过程加速。
②. 降低介质温度和水介质中的Cl-浓度,防止Cl-蒸发浓缩和在不锈钢管表面富集的条件;铬镍不锈钢制锅炉和容器等需进行水压试验的设备,建议用去离子水,不锈钢管制设备和构件在放置或运输过程中,特别是在海洋性大气和高Cl-浓度的湿态环境中,要妥善加以防护。
③. 选择耐应力腐蚀材料,在含Cl-的大气和水介质中,为了耐应力腐蚀,在实际应用中,各种现代铁素体不锈钢管和各种现代双相不锈钢管均可优先选用。
表8.2 采用Cr-Ni奥氏体不锈钢加工或焊后消除应力热处理方法的参考规范
注:A-完全退火,1065~1120℃缓冷;B-退火,850~1120℃缓冷;C-固溶处理,1065~1120℃水冷或急冷;D-消除应力热处理,850~900℃空冷或急冷;E-稳定化处理,850~900℃空冷;F-尺寸稳定热处理,500~600℃缓冷。(a)建议选用最适于进行焊后或加工后热处理的含Ti、Nb的钢种或超低C不锈钢;(b)多数部件不必进行热处理,但在加工过程中,不锈钢受敏化的条件下,必须进行热处理时,才进行此种处理;(c)在加工完后,在进行C规范处理的前提下,也能够用A、B或D规范进行处理。