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产生滞后裂纹甚至发生断裂的现象被称为应力腐蚀开裂(SCC)。由于环境介质的差异使得奥氏体不锈钢应力腐蚀破坏的条件、机理等也存在差异。
2不锈钢的应力腐蚀开裂机理
21应力腐蚀开裂产生的条件应力腐蚀开裂只有在特定条件下才会发生。发生应力腐蚀开裂的三个必要条件是:拉应力、特定的腐蚀环境和金属对腐蚀环境的敏感性。这三个条件缺一不可。
局部所受的较高的集中应力往往是导致开裂的起源。当局部的高拉应力和腐蚀性介质共同作用于构件时,一般经过一段时间就会萌生裂纹继而扩展到整个断面而导致构件的彻底破坏。只有当作用力为拉应力时应力腐蚀开裂才会发生,压应力不会导致其发生。因此,当存在的应力为多向时,只有在最大主应力为拉应力时,才满足应力腐蚀开裂发生的条件。应力腐蚀开裂存在一个临界应力值。在所施加的应力比该值低时,是不会发生开裂的,只有超过该值,才可引发开裂。应力除了由载荷产生的工作应力外,更多的是来自制造过程产生的残余应力。
纯金属发生应力腐蚀的概率很低,应力腐蚀一般发生在合金中,这是因为合金具有裂纹敏感性。合金各成分中的微小偏析引发微裂纹,尤其是晶界裂纹的产生几乎全部由组织的晶界偏析引起1。但是实际中绝对的纯金属是并不存在的,其中含有的极少的杂质会导致应力腐蚀开裂的产生。
产生应力腐蚀的另一重要条件是环境介质,能引起不锈钢应力腐蚀开裂的常见介质有:各种氯化物或含氯化物的溶液、氢氧化物、硝酸和硝酸盐、氢氟酸、氟硅酸和含F的水溶液、硫化氢水溶液、连多硫酸、硫酸和亚硫酸等。在化工设备中发生应力腐蚀事例最多的主要有氯化物水溶液引起的开裂、硫化物(包括湿硫化氢、连多硫酸)引起的开裂、碱裂等。在本案例中,则怀疑是由氯化物及氢氧根引起的开裂。本文也将着重就这两方面进行分析。
22应力腐蚀开裂的机理经过研究,大多数的金属材料在高pH值条件下发生的应力腐蚀开裂是由阳极溶解机理造成的。金属材料在高pH值的环境下表面会形成一层保护膜,这样就隔绝了和外界的直接接触。在这层膜的保护下不会发生SCC,但是如果管线在服役过程中发生了塑性变形,这层膜就会被破坏,导致金属表面与腐蚀性介质直接接触,这就为SCC的产生提供了条件。如果在管道表面本身就存在缺陷的情况下,裂纹就会迅速扩展。如果管线钢由塑性应变转换为弹性应变,表面会形成保护膜,裂纹将会停止扩展,只有在保护膜形成的速率快于塑性变形的速率时,裂纹才不会扩展。
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