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氯离子对不锈钢的腐蚀问题描述：对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。
但是事实上在工程应用中我们有很多高浓度的氯离子含量的情况下在使用奥氏体不锈钢，因些分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预防措施，延长使用寿命，或合理选材。
不锈钢的腐蚀失效分析：1、应力腐蚀失：不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。
应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。
常用的防护措施：合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。
其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。
控制应力：装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。
严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH值等工艺指标。
在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。
铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1.0×10 - 6以下。
实践证明,在含有氯离子质量分数为500.0×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150.0×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0.5×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。
2、孔蚀失效及预防措施小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。
蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。
,不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑这些小蚀坑便是孔蚀核。
只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。
常见预防措施：在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。
降低氯离子在介质中的含量。
加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。
采用外加阴极电流保护,抑制孔蚀。
腐蚀与不锈钢应力腐蚀应力腐蚀是指零件在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。
应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。
应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
它的发生一般有以下四个特征：一、一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。
二、对于裂纹扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KISCC，裂纹才会扩展。
三、一般应力腐蚀都属于脆性断裂。
四、应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6～10-3 mm/min，而且存在孕育期，扩展区和瞬段区三部分应力腐蚀机理的机理一般认为有阳极溶解和氢致开裂晶间腐蚀说明:局部腐蚀的一种。
沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。
主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。
晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF而且金属表面往往仍是完好的，但不能经受敲击，所以是一种很危险的腐蚀。
通常出现于黄铜、硬铝和一些含铬的合金钢中。
不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工厂的一个重大问题。
晶间腐蚀是沿着或紧靠金属的晶界发生腐蚀。
腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化。
不锈钢、镍基合金、铝合金等材料都较易发生晶间腐蚀。
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF不锈钢的晶间腐蚀:不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。
产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。
晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。
不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。
当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。
因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C6等。
Cl—介质对奥氏体不锈钢的腐蚀危害1、奥氏体不锈钢概述奥氏体不锈钢以304,321,304L,316L为典型代表，由于合金元素的不同而分别耐多种介质条件的腐蚀，广泛应用于石油、化工、制药、电力以及民用工业等。
304与321相比，后者为了改善焊接性能在材料中添加了钛元素。
由于金属钛的活泼性高于碳元素，使钛对焊接热影响区的铬起到稳定的化合作用，从而避免了材料在焊接热影响区由于贫铬而导致的晶间腐蚀。
304和321在大多数介质条件中的耐腐蚀能力是相当的，只是在强酸冲刷腐蚀环境中，321材料的焊缝边缘有刀状腐蚀现象。
304L 则是以进一步控制碳的方法来改善材料的焊接性能，但由于碳含量的降低，导致材料的强度与321相比有所下降。
316L（00Cr17Ni14Mo2）奥氏体钢是超低碳且含Mo的奥氏体不锈钢，在许多介质条件中有良好的耐均匀腐蚀和坑点腐蚀性能。
Ni含量的提高(14%)有利于奥氏体相的稳定。
316L在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要明显优于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不锈钢材料。
根据大量资料和实际使用证明，316L在Cl—腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力仅与304和321材料相当，在工程使用中由于应力腐蚀失效的概率要大于50%，当使用介质中含有10ppm以上的Cl—时，其应力腐蚀的危害性就相当明显了，因为Cl—会在某些部位产生聚集，如循环水当中的垢下、换热管与管板之间的缝隙、机械损伤、以及焊缝热影响区的应力集中部位等。
需要指出的是，经固熔或稳定化处理的奥氏体不锈钢材料在没有加工应力和焊接应力的情况下，它们导致应力腐蚀的破坏性并不很明显。
2、Cl—对金属材料的腐蚀机理2.1点腐蚀任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在Cl—的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。
而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的Cl—将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。
奥氏体不锈钢在Cl—介质中使用的腐蚀危害1、奥氏体不锈钢概述奥氏体不锈钢以304,321,304L,316L为典型代表，由于合金元素的不同而分别耐多种介质条件的腐蚀，广泛应用于石油、化工、制药、电力以及民用工业等。
304与321相比，后者为了改善焊接性能在材料中添加了钛元素。
由于金属钛的活泼性高于碳元素，使钛对焊接热影响区的铬起到稳定的化合作用，从而避免了材料在焊接热影响区由于贫铬而导致的晶间腐蚀。
304和321在大多数介质条件中的耐腐蚀能力是相当的，只是在强酸冲刷腐蚀环境中，321材料的焊缝边缘有刀状腐蚀现象。
304L 则是以进一步控制碳的方法来改善材料的焊接性能，但由于碳含量的降低，导致材料的强度与321相比有所下降。
316L（00Cr17Ni14Mo2）奥氏体钢是超低碳且含Mo的奥氏体不锈钢，在许多介质条件中有良好的耐均匀腐蚀和坑点腐蚀性能。
Ni含量的提高(14%)有利于奥氏体相的稳定。
316L在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要明显优于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不锈钢材料。
根据大量的实验和实际使用证明，316L在Cl—腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力仅与304和321材料相当，在工程使用中由于应力腐蚀失效的概率要大于50%，当使用介质中含有10ppm以上的Cl—时，其应力腐蚀的危害性就相当明显了，因为Cl—会在某些部位产生聚集，如循环水当中的垢下、换热管与管板之间的缝隙、机械损伤、以及焊缝热影响区的应力集中部位等。
需要指出的是，经固熔或稳定化处理的奥氏体不锈钢材料在没有加工应力和焊接应力的情况下，它们导致应力腐蚀的破坏性并不很明显。
2、Cl—对金属材料的腐蚀机理2.1点腐蚀任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在Cl—的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。
而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的Cl—将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。
奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂研究进展摘要：奥氏体不锈钢广泛用作石油化工、煤化工、电力、造纸、化工等行业主要设备和管道的材料。
腐蚀失效问题依然普遍，尤其是应力腐蚀开裂失效最为突出。
本文从氯离子含量、温度、pH值、氧气、有毒介质等方面探讨了影响奥氏体不锈钢氯化物应力腐蚀开裂的主要因素，以及奥氏体不锈钢的安全性评价和现场检测方法。
讨论了不锈钢的应力腐蚀开裂，从工程实践的角度提出了减缓奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的具体措施。
关键词：奥氏体不锈钢；氯离子；应力腐蚀开裂石油化工是国民经济发展的重要支柱产业。
随着经济的发展，我国石化产业规模将不断扩大。
除了系统管理问题，最重要的因素是整体运行环境。
的石化企业。
其中，石油化工设备是影响企业生产速度和效益的主要因素。
管道应力腐蚀开裂也是石油化工行业普遍存在的问题。
因此，在石化生产中，为提高企业的生产效率，增加企业的经济效益，提高企业在石化行业的核心竞争力，必须做好生产团队的管理工作。
石化企业生产，特别是部分室外输送管道的维护保养工作，确保石化企业稳定运行。
”一、氯化物应力腐蚀开裂机理（1）应力腐蚀开裂特征应力腐蚀开裂是指敏感金属材料在某些特定的腐蚀介质中由于腐蚀介质和拉应力的协同作用而发生脆性断裂。
应力腐蚀开裂的发生同时需要三个基本条件（见图1），即敏感的金属材料、特定的腐蚀介质和足够的拉应力。
对于奥氏体不锈钢氯化物SCC，表现为多分支的穿晶裂纹，其微观外观呈闪电状的穿晶裂纹形态。
图1发生应力腐蚀开裂的三个基本条件（2）应力腐蚀开裂机理由于SCC涉及材料、环境、力学等诸多因素，其过程非常复杂，迄今为止提出的各种应力腐蚀开裂理论或模型都存在一定的局限性，没有统一的理论。
其中，常见的开裂机制有阳极溶解机制、氢脆机制和阳极溶解氢脆机制三种。
对于奥氏体不锈钢的氯化物SCC，最普遍接受的机理是阳极溶解机理，即阳极金属的不断溶解导致应力腐蚀开裂的形成和扩展。
发生快速蠕变，晶内位错沿滑移面到达裂纹尖端前表面，产生大量瞬时活性溶解颗粒，导致裂纹尖端（阳极）快速溶解，如图2所示.图 2 阳极溶解引起裂纹扩散的模型二、氯化物应力腐蚀开裂的影响因素金属材料的SCC受多种因素影响，主要与材料的应力状态、环境、合金成分等有关。
在化工生产中，腐蚀在压力容器使用过程中普遍发生，是导致压力容器产生各种缺陷的主要因素之一。
普通钢材的耐腐蚀性能较差，不锈钢则具有优良的机械性能和良好的耐腐蚀性能。
Cr 和Ni 是不锈钢获得耐腐蚀性能最主要的合金元素。
Cr 和Ni 使不锈钢在氧化性介质中生成一层十分致密的氧化膜，使不锈钢钝化，降低了不锈钢在氧化性介质中的腐蚀速度，使不锈钢的耐腐蚀性能提高。
氯离子的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均起着重要作用。
虽然至今人们对氯离子如何使钝化金属转变为活化状态的机理还没有定论，但大致可分为2 种观点。
成相膜理论的观点认为，由于氯离子半径小，穿透能力强，故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙，到达金属表面，并与金属相互作用形成了可溶性化合物，使氧化膜的结构发生变化，金属产生腐蚀。
吸附理论则认为，氯离子破坏氧化膜的根本原因是由于氯离子有很强的可被金属吸附的能力，它们优先被金属吸附，并从金属表面把氧排掉。
因为氧决定着金属的钝化状态，氯离子和氧争夺金属表面上的吸附点，甚至可以取代吸附中的钝化离子与金属形成氯化物，氯化物与金属表面的吸附并不稳定，形成了可溶性物质，这样导致了腐蚀的加速。
电化学方法研究不锈钢钝化状态的结果表明，氯离子对金属表面的活化作用只出现在一定的范围内，存在着1 个特定的电位值，在此电位下，不锈钢开始活化。
这个电位便是膜的击穿电位，击穿电位越大，金属的钝态越稳定。
因此，可以通过击穿电位值来衡量不锈钢钝化状态的稳定性以及在各种介质中的耐腐蚀能力。
2 应力腐蚀失效及防护措施2． 1 应力腐蚀失效机理其中在压力容器的腐蚀失效中，应力腐蚀失效所占的比例高达45 %左右。
因此，研究不锈钢制压力容器的应力腐蚀失效显得尤为重要。
所谓应力腐蚀，就是在拉伸应力和腐蚀介质的联合作用下而引起的低应力脆性断裂。
应力腐蚀一般都是在特定条件下产生：①只有在拉应力的作用下。
② 产生应力腐蚀的环境总存在特定的腐蚀介质，不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质及H2SO4 、H2S 溶液中才容易发生应力腐蚀。
氯离子对不锈钢的腐蚀问题描述：对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。
但是事实上在工程应用中我们有很多高浓度的氯离子含量的情况下在使用奥氏体不锈钢，因些分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预防措施，延长使用寿命，或合理选材。
不锈钢的腐蚀失效分析：1、应力腐蚀失：不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。
应力腐蚀失效所占的比例高达45 %左右。
常用的防护措施：合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。
其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。
控制应力：装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。
严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。
在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。
铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1. 0 ×10 - 6 以下。
实践证明,在含有氯离子质量分数为500. 0 ×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150. 0 ×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0. 5 ×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。
2、孔蚀失效及预防措施小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。
蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。
,不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑这些小蚀坑便是孔蚀核。
只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。
常见预防措施：在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。
降低氯离子在介质中的含量。
加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。
奥氏体不锈钢在Cl-介质中应力腐蚀研究郦建立Ξ(抚顺石油学院) 王宽福(浙江大学)摘 要 评述了奥氏体不锈钢在氯化物介质中应力腐蚀开裂。
从环境、冶金和力学等方面论述了SCC的主要因素,综合论述了控制奥氏体不锈钢SCC的工程参量和安全评定的方法。
提出了预防奥氏体不锈钢应力腐蚀的一些措施。
关键词 奥氏体不锈钢 应力腐蚀 工程参量 奥氏体不锈钢(304,316)以其优异的耐蚀性和较好的加工性,在化工、石油、动力工业和核工业等部门得到广泛的应用,然而其SCC(Stress Corrosion Cracking)破坏的几率也随之增大。
化工设备失效中SCC的失效占1/4,其中奥氏体不锈钢设备SCC失效要占其1/2[1],而且大部分由含Cl-介质环境引起。
因此对奥氏体不锈钢氯化物开裂进行了大量的研究[2～9]。
本文综述了奥氏体不锈钢SCC的主要影响因素、工程参量及安全评定的方法,并提出了一些预防措施。
1 奥氏体不锈钢Cl2环境开裂影响因素1.1 环境因素1.1.1 介质和浓度引起奥氏体不锈钢SCC破裂的介质,认为一般限于Cl-、F-、Br-、H2S x O6、H2S和NaOH等几种。
介质浓度越高,奥氏体不锈钢发生SCC的敏感性增加。
工程实际表明开裂常发生在温度高的部位,特别是热传递速度大、易发生干湿交替的部位[10,11]。
曾发现隔热层中浸出微量的Cl-引起SCC。
Staehle[12]发现汽相部位产生破裂的Cl-浓度较低,而液相则需要较高的Cl-浓度。
在实际工况中,设备的许多局部部位Cl-的浓度因设备结构和其所处环境条件的变化而提高,使较低Cl-浓度的介质也发生奥氏体钢的SCC,这给确定Cl-SCC的敏感性的浓度上限带来困难。
若在Cl-溶液中加入一些氧化剂(Fe3+, Cu2+,O2),将缩短破裂时间[13]。
有研究表明,Cl-溶液若能完全除去氧,SCC将不会发生。
卤化物中除Cl-外,F-和Br-同样具有SCC敏感性,但认为I-对Cl-溶液的SCC有缓蚀作用[14]。
阳离子的种类对SCC也有影响,Thomas[15]认为MgCl2溶液促进SCC的作用比NaCl强。
1.1.2 温度奥氏体不锈钢含Cl-溶液发生SCC破裂敏感性随温度升高而增大。
SCC开裂温度也是一个重要参数。
Truman[16]认为,奥氏体不锈钢在室温下一般不发生氯化物开裂。
Money[17]也证实只有严重敏化的奥氏体不锈钢才发生IGSCC(Intergranular Stress Corrosion Cracking)。
传统的工程观点认为,温度高于50℃时,在腐蚀环境中经长期暴露的材料有可能发生氯化物开裂。
氯化物开裂与温度的下限有一定的依赖关系,但601 化 工 机 械 1998年Ξ郦建立,男,1967年11月生,博士生。
辽宁省抚顺市,113001。
Bianchi [18,19]认为,溶液的其他条件(含氧量,p H 值)改变时,氯化物开裂在室温下也发生。
1.1.3 电位E 和p H 值Hines 和Hoar [21]对奥氏体不锈钢在沸腾的42%MgCl 2中的实验证实,偶接一块电位较负的金属,t f (破裂时间)延长;反之t f 减小。
轻微的阳极极化使t f 显著缩短,裂纹数增多。
目前也发现许多体系存在一个临界破裂电位E cr ,如图1所示。
低于E cr 时,不发生SCC ;只有当试件电位高于E cr ,SCC 才发生,并测得奥氏体不锈钢在沸腾42%MgCl 2溶液中E cr ≈-0.130V (SHE )[22]。
图1 外加应力、电位与断裂时间的关系[20]304不锈钢在42%沸腾MgCl 2中 p H 值对奥氏体不锈钢Cl -开裂有较大的影响:一般p H 值下降,破裂速度增大。
Baker [23]曾测出裂尖处溶液p H 值为1.2～2.0。
随溶液p H 值的提高,材料抗Cl -开裂性能随之改善,如图2所示。
Bianchi 和Maz 2za [18]测出室温下HCl 发生SCC 开裂的浓度为0.1～1mol/L ,随HCl 浓度的升高,全面腐蚀将代替SCC 开裂。
1.2 冶金因素1.2.1 合金成分合金成分对奥氏体不锈钢Cl -开裂有复杂的影响。
Latanision 和Sedriks [24,25]对合金元素抗氯化物开裂作用分为有害、有利和不定作用等3类。
Ni 、Cd 、Zn 、Si 、Be 、Cu 对奥氏体不锈钢抗SCC 开裂有利,N 、P 、Sb 、Ti 、V 、W 等有害,Cr 、Mo 、C 等随其在合金中浓度的变化而变化。
Ni 含量在提高奥氏体不锈钢抗氯化物SCC 能力时不宜太低,当Ni 含量大于25%时随Ni 量增加t f 迅速增加;Ni 含量越高氯化物开裂越不易发生。
因此In 2coloy 合金有很好的抗SCC 能力,尤其是In 2coloy690(Ni60,Cr30,Fe9.5,C0.03)在热处理或焊件中未出现氯化物开裂[26]。
Mo 含量对奥氏体不锈钢氯化物开裂抗力存在一个最小含量值(约1.5%,此值依赖C 含量),当w mo <1.5%时随Mo 量增加,t f 减小;w mo >1.5%时随Mo 量增加,t f 增加。
C 含量也有一个最小值范围0.06%～0.1%。
当Ni 含量为10%～20%,Cr 含量在12%～25%时奥氏体不锈钢氯化物开裂阻力最小。
讨论合金元素的作用往往是复合的,而且与其在合金中存在的状态有关。
图2 p H 值对304不锈钢在NaCl 溶液中开裂所需氯化物含量和温度的影响[19]C ———应力腐蚀;P ———点蚀;S ———污斑;O ———无影响701第25卷 第2期 化 工 机 械 1.2.2 显微组织一般说来,存在于奥氏体不锈钢中的δ铁素体可提高钢的抗氯化物开裂的能力[27,28]。
δ铁素体的有利作用,通常归因于其阻碍裂纹贯穿奥氏体基体的扩展,钢中必须含有较高的δ铁素体(如两相不锈钢)。
阳极溶解选择性地在基体内进行,SCC裂纹也在基体组织中形成和发展,遇到第二相时裂纹沿δ/γ相界或绕过第二相发展或停止在第二相前。
另外δ铁素体相提高合金的强度会减缓钝化膜的破裂。
Raghuna、Baselack和Krishnan[29,31]研究了多种奥氏体不锈钢焊缝内δ铁素体(避免热裂纹)含量和分布状况与SCC敏感性的关系:高的铁素体含量增加氯化物SCC敏感性倾向;具有分散的不连续的δ铁素体焊缝比连续的网状δ铁素体结构焊缝具有更高的SCC阻力,焊后热处理能提高SCC抗力。
奥氏体不锈钢的塑性变形导致加工硬化和相变生成α和ε马氏体对其SCC抗力有影响。
Truman[32]认为含有少量马氏体,特别在应力较低的情况下会降低其抗SCC阻力;而含有大量马氏体时抗SCC能力有较大的提高。
Truman同时指出敏化对材料抗氯化物开裂有害。
Lang[32]认为硫化物夹杂与裂纹萌生有关而与扩展无关。
σ相对材料抗氯化物开裂性能影响的研究较少。
1.2.3 材料表面状况和尺寸不同的表面精度往往影响材料氯化物开裂的孕育期,由于局部加工硬化、马氏体相变和残余应力等造成的表面粗糙加重氯化物开裂的敏感性。
一般奥氏体不锈钢氯化物开裂分为3个阶段:形核期、扩展期和断裂。
Nishimura[34]研究了不同304不锈钢试样尺寸对SCC的影响,断裂时间t f随试样宽度的增加而增加,但与第2阶段扩展速率i ss无关。
1.3 力学因素从如图3所示的σ2t f曲线上可知,减小外加的应力将增加材料的断裂时间,在低应力时可能存在一个极限应力σcr,Spahn[35]曾测定347不锈钢极限应力为160MPa。
Lefakis和Speidel[36,37]等利用线弹性断裂力学研究SCC认为304不锈钢存在一个门槛应力强度应子K ISSC,并认为低强度的奥氏体不锈钢K ISSC测量要满足:K ISSC相当低使得试样厚度足够小;裂纹不出现宏观的分支。
减小应力可提高材料抗氯化物开裂的能力,但应力是一个难控制的参量。
存在残余应力时,仅用减少设计应力将是无济于事。
退火可以消除残余应力,改善抗氯化物开裂性能,应综合权衡敏化作用。
目前还可用喷丸和锤击法改善受力状况,也取得较好的效果。
图3 外加应力与断裂时间的关系[20]在154℃沸腾42%MgCl2中2 氯化物开裂敏感性研究方法及腐蚀体系2.1 评定方法氯化物开裂敏感性研究方法主要有恒应变法、恒载荷法、慢应变速率法和应变电极法,这些方法各有优缺点。
恒应变法,其试样有(ASTM G30272)U型、C型和弯梁型等,试验比较简单且可成批操作,但应力值较难确定,裂纹引起松驰可能造成扩展停止,尚须借助金相显微观察分析而且确定裂纹初始出现时刻较困难。
恒载荷法可精确测出最初应力801 化 工 机 械 1998年值,但裂纹产生和扩展造成有效面积减小,实际应力不断增大。
恒应变和应力法均通过测试出现裂纹和断裂时间来评定SCC敏感性。
Hoar和G alvele[38,39]等提出应变电极法,采用高的应变速率(10-3s-1),通过测定恒电位下在无应变和有应变时腐蚀电流i s、i b,以i b/i s比值来度量SCC敏感性,此法可用以评定几种合金SCC敏感性而且时间短。
首先由Parkins[40]等提出的慢应变速率法(SS2 R T)是用固定且缓慢的应变速度拉伸试件至断裂,应变率一般在10-4～10-8s-1,SSR T 通过对试样加应变至断裂,根据其力学性能和应力2应变所围面积的变化或断裂时间来断定SCC敏感性,不存在U型试样在试验1 000h后没开裂而延长时间可能出现断裂的问题。
最近Beavers[4]提出SSR T存在一些反常现象,如SSR T测试无SCC敏感性而实际却出现SCC开裂。
经过大量事实分析认为[42],这些反常与测试的材料、环境体系的电位、SCC的形核期时间以及应变速率有关,实验时应该正确选择。
2.2 腐蚀体系最常用的腐蚀体系是ASTM G35273中规定的42%MgCl2沸腾溶液(155±1℃),这是一种较苛刻的试验条件,若长期暴露无开裂的奥氏体不锈钢在实际使用中一般不出现氯化物开裂。
但根据不同的研究目的,如评定材料的SCC敏感性、研究SCC机理、环境影响因素、实际工况SCC敏感性等,腐蚀体系可用NaCl、H2SO4+NaCl、HCl+NaCl、HCl[42,43]等,但应注意所选体系的p H值、温度和浓度的范围。
3 氯化物开裂工程评价参数3.1 临界应力σcr与门槛应力腐蚀强度因子K ISSC测量Cl-离子介质环境中带预制裂缝试样的应力强度因子K,存在一个临界值K ISSC,当K<K ISSC时不产生SCC;反之一定时间后,裂缝扩展至断裂。
K ISSC是表示材料抗破裂的重要参数。
