应力腐蚀选材及意见

应力腐蚀及选材意见

1）现象和识别：
    不锈钢的应力腐蚀是在静拉伸应力与特定的工作介质共同作用下而发生的一种破坏。它是不锈钢局部腐蚀破坏中最常见，危害最大的一种。
    工程事故的分析经验表明，不锈钢制设备和部件，包括未经使用的设备和部件，一旦发生突然性的泄漏或损坏，而泄漏或损坏部位又未见明显的塑性变形，常常是由应力腐蚀而造成的。
    识别应力腐蚀的主要依据是裂纹特征和断口形貌。见图片(2001.11.08)

a）裂纹特征   应力腐蚀的宏观裂纹均起自于不锈钢表面且分布具有明显的局部性；裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近未见塑性变形；除裂纹部位外，其它部位腐蚀轻微，且常有金属光泽。应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶+沿晶混合型；裂纹的宽度较小，而扩展较深，裂纹的纵深常较其宽度大几个数量级；裂纹既有主干也有分支，典型裂纹多貌似落叶后的树干和树枝，裂纹尖端较锐利。

（b）断口形貌   应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花.

（2）常见介质：
    导致各类不锈钢应力腐蚀的最常见介质是含有Cl¯和氧的大气和工业水，海水等。由于Cr-Ni奥氏体不锈钢用量最大，应力腐蚀事故也最多。下面列出了使Cr-Ni奥氏体不锈钢产生应力腐蚀和晶间（沿晶）型应力腐蚀的常见介质。
                表1---引起Cr-Ni奥氏体不锈钢应力腐蚀的常见介质

         表2---引起Cr-Ni奥氏体不锈钢晶间型应力腐蚀的介质和条件

    （3）机理：
    由于应力腐蚀的影响因素多，过程比较复杂，因此，截至目前为止，对不锈钢应力腐蚀的尚未取得统一的认识。
    对于高强度不锈钢，例如马氏体和马氏体沉淀硬化不锈钢的应力腐蚀，许多人认为氢脆起主导作用。但也有人认为，在中性水溶液中，对13%Cr马氏体不锈钢的应力腐蚀起主导作用的不是氢脆，而是阳极溶解。
    对于Cr-Ni奥氏体不锈钢，许多研究工作者也曾提出氢脆是它们产生应力腐蚀的主要机制。主要依据是在沸腾的Mg,Li,Ca等的氯化物溶液中，在高温水和蒸汽中，在室温H2SO4+NaCl混合介质中，由于氢的吸附，钢的塑性显著降低；在腐蚀电位和阴极极化下，有氢析出的可能性；在应力作用下，奥氏体形变可在局部产生*马氏体，同时，钢中氢量增加，可促进这种马氏体转变；断裂后，通过断口观察，认为属于氢脆断裂。但是，对于大量使用的Cr-Ni奥氏体不锈钢，从裂纹尖端产生阳极溶解而引起应力腐蚀，目前倾向于用滑移-溶解-断裂模型来加以解释。
    在介质作用下，Cr-Ni奥氏体不锈钢表面上存在着籍以耐腐蚀的保护膜（钝化膜）。在拉伸应力作用下，位错沿着滑移面运动至金属表面，在表面产生滑移台阶，使表面膜产生局部破裂并暴露出没有保护膜的裸金属。有膜与无膜金属间形成微电池。在介质作用下，作为阳极的裸金属产生阳极溶解。此时，保护膜的作用不仅为腐蚀过程提供了阴极，而且又使阳极溶解集中在局部区域。显然，保护膜破裂后，若所暴露的裸金属一直处于活化腐蚀状态，则腐蚀必然会同时向横向发展。于是，裂纹尖端的曲率半径增大，应力集中程度随之减小，进而导致裂纹向纵深发展的速度变慢直至最后终止。但是，在实验室内和应力腐蚀工程事故分析中均可看到，不锈钢应力腐蚀裂纹尖端非常微细。因此，一般认为，在裸金属受到腐蚀的同时，还存在着一个能阻止腐蚀向横向发展的过程，才能使裂纹沿纵向扩展。此过程就是不锈钢的再钝化。因此，滑移-溶解-断裂模型至少包括表面膜的形成；在应力作用下金属产生滑移引起表面膜的破裂；裸金属的阳极溶解和裸金属的再钝化等四个过程。这些过程的反复进行，导致不锈钢的应力腐蚀断裂。
    至于Cr-Ni奥氏体不锈钢的晶间型应力腐蚀，目前的主要见解有：在应力作用下，不锈钢晶粒间界贫铬区的选择性溶解；在应力作用下，不锈钢中杂质沿晶界偏聚而引起的优先溶解；在应力作用下，不锈钢中晶界沉淀相本身的溶解等。
    （4）材料选择
    研究和实践表明，任何一种不锈钢和合金的耐应力腐蚀性能都是有条件的。没有也不可能有在任何条件下均耐应力腐蚀的不锈钢和合金。因此，需要针对设备，部件的使用条件和耐应力腐蚀不锈钢本身的特性加以合理选择。与此同时，在设备，构件加工，成形，制造，使用过程中，还要适应所选用的不锈钢的性能特点，做到合理选择并正确使用，才能取得满意的效果。
  
   表1---为防止应力腐蚀，不锈钢和合金的选择表

    国内外不锈钢应力腐蚀事故的大量统计表明，由于氯化物而引起的事故约占80%以上。因此，为解决一般Cr-Ni不锈钢的氯化物应力腐蚀而合理选材就显得更为重要。