應(yīng)力腐蝕裂紋
應(yīng)力腐蝕裂紋(Stress Corrosion Cracking,SCC)是指由于拉伸應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)同時存在時,而導(dǎo)致的一種局部裂紋。在給定環(huán)境和應(yīng)力的適當(dāng)組合下,實際上所有的結(jié)構(gòu)用金屬材料都對應(yīng)力腐蝕有敏感性。
應(yīng)力腐蝕裂紋常常發(fā)生在看似比較溫和的化學(xué)環(huán)境下,在拉伸應(yīng)力遠(yuǎn)低于金屬屈服強度的條件下。當(dāng)它們產(chǎn)生時,失效常常是采取產(chǎn)生細(xì)裂紋的形式,它滲透到金屬里面,在鄰接的表面上很少或者并無腐蝕的征象。 對應(yīng)力腐蝕裂紋有促進(jìn)作用的應(yīng)力可在制造或加工、或者在運行的過程中產(chǎn)生。在制造、加工的過程中,如熱加工、表面精整、各種成型加工(特別是冷彎時),以及裝配、焊接都將會產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。
氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋是最常見的,特別是在奧氏體不銹鋼上,如304/316,是最容易對應(yīng)力腐蝕裂紋敏感的鋼。當(dāng)它們與高濃度的氯化物接觸時,只要溫度高于60℃就會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。圖1 的Copson(考普森)曲線表明,不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕能力與鎳含量有關(guān),低值出現(xiàn)在8~12%的(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍內(nèi),剛好落在常用的奧氏體不銹鋼鎳的含量內(nèi)。
晶間腐蝕
在晶界上或靠近晶界處發(fā)生的局部腐蝕,而晶粒內(nèi)部沒有或只有很少的腐蝕,則稱為晶間腐蝕(InterGranular Corrosion,IGC)。這種局部腐蝕主要是由晶界上合金元素(主要是Cr、Mo)的貧化引起的。 300系列奧氏體不銹鋼中和含Cr、Mo的鎳基合金具有晶間腐蝕傾向。不銹鋼的晶間腐蝕主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)(HAZ),因為為了避免焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋,焊材中會人為提高Cr含量,使焊縫含有一定量的鐵素體(可翻閱鄙作《為什么奧氏體不銹鋼焊縫中含有鐵素體》),由于焊縫中的Cr含量比母材高,所以不銹鋼的晶間腐蝕主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)。晶間腐蝕敏感性是由于晶界附近碳化鉻(Cr23C6)的析出導(dǎo)致晶界附近鉻的局部耗損。當(dāng)局部鉻含量下降到約12 wt%以下時,該區(qū)域不再是“不銹鋼",并可能發(fā)生加速侵蝕。