凡是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用引起的斷裂,稱為應(yīng)力腐蝕破壞。一般所說的應(yīng)力腐蝕是一種較為復(fù)雜的現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力不存在時,腐蝕十分微?。欢┘討?yīng)力經(jīng)過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴(yán)重的情況下發(fā)生脆斷。這類應(yīng)力腐蝕斷裂有如下三個共同特征。
①. 應(yīng)力必須是拉伸的,拉伸應(yīng)力愈大,則斷裂時間愈短。
②. 腐蝕介質(zhì)是特定的,只有某些金屬與介質(zhì)的組合才會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂,例如,黃銅的氨脆、鍋爐鋼的堿脆、低碳鋼的硝脆、高強度鋼的氫脆、奧氏體不銹鋼管的氯脆等。使不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)和金屬的組合例子,列于表3-9。
③. 斷裂速度(0.001~0.3cm/h)遠大于沒有應(yīng)力時的腐蝕破壞速度,但又小于單純的力學(xué)斷裂速度,斷口屬于脆斷型。
應(yīng)力腐蝕裂紋是在奧氏體不銹鋼管中,在焊接部分等的殘余應(yīng)力和特定的腐蝕條件下發(fā)生的應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)。
奧氏體型不銹鋼雖然具有優(yōu)越的耐腐蝕性,但是,在特定的腐蝕條件下,易發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)。應(yīng)力腐蝕裂紋是由拉伸應(yīng)力和腐蝕兩種因素共同作用而引起的斷裂狀腐蝕。一般情況是在含有氯離子(Cl-)的環(huán)境中,處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的。
圖3-7顯示的是一個熱交換器用不銹鋼管,發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂的實例。
不銹鋼管的表面狀態(tài)分為活性狀態(tài)、活化鈍化狀態(tài)、鈍化狀態(tài)及過鈍化狀態(tài)四種,參看圖1-5不銹鋼的極化曲線。應(yīng)力腐蝕裂紋發(fā)生在活性狀態(tài)、活性鈍化狀態(tài)及過鈍化狀態(tài)三種情況下,尤其是在中性(介質(zhì))附近的鈍化狀態(tài)中,引起的比較多。在活性態(tài)中的應(yīng)力腐蝕裂紋是不銹鋼表面腐蝕。在應(yīng)力造成的局部破壞部位上,陽極溶解快速進行成為裂紋狀,當(dāng)有氯離子(Cl-)存在時,才會促進陽極溶解。在中性附近的鈍化中,在不銹鋼表面鈍化薄膜發(fā)生嚴(yán)重破壞時,應(yīng)力腐蝕裂紋反而不發(fā)生,只有在氯離子(Cl-)存在的鈍化薄膜被破壞,進行局部的陽極溶解,由于應(yīng)力存在使之發(fā)生并傳播,就會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。斷裂是在應(yīng)力垂直角方向上發(fā)生的,一般是邊產(chǎn)生邊發(fā)展。作為使用環(huán)境來講,幾乎全部是發(fā)生在所有氯離子(Cl-)環(huán)境中。其他如高濃度的堿或酸也會引起應(yīng)力腐蝕裂紋。表3-9列出了幾種不銹鋼系列產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)。
不銹鋼管只有在鈍化狀態(tài)下才是耐腐蝕的,它有最小的腐蝕電流,腐蝕速度很小。
溫度對其影響很大,溫度越高則應(yīng)力腐蝕裂紋越容易發(fā)生。在實際環(huán)境中,在70℃以下的應(yīng)力腐蝕裂紋的實例幾乎沒有,如圖3-8所示。這里所說的應(yīng)力,包括操作時的動作應(yīng)力、熱應(yīng)力、裝置的約束應(yīng)力、冷加工以及焊接時的殘余應(yīng)力等。減少和防止應(yīng)力腐蝕裂紋的對策列于表3-10。