不銹鋼應(yīng)力腐蝕原理及防治方法

1、1應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 Stress Corrosion Cracking 應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)協(xié)同作用協(xié)同作用下引起的金屬開(kāi)裂（或下引起的金屬開(kāi)裂（或斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，簡(jiǎn)稱(chēng)SCC，是指金屬材料在固定，是指金屬材料在固定拉應(yīng)力和某種特定腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的脆性開(kāi)裂。拉應(yīng)力和某種特定腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的脆性開(kāi)裂。2不同情況引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂不同情況引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂1、由于彎曲殘余應(yīng)力引起的、由于彎曲殘余應(yīng)力引起的 該裂紋多為縱向形式該裂紋多為縱向形式32、從點(diǎn)蝕底部產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋、從點(diǎn)蝕底部產(chǎn)生的應(yīng)

2、力腐蝕裂紋 43、由腐蝕產(chǎn)物體積膨脹應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕裂紋、由腐蝕產(chǎn)物體積膨脹應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕裂紋 54、外在應(yīng)力的存在導(dǎo)致應(yīng)力開(kāi)裂、外在應(yīng)力的存在導(dǎo)致應(yīng)力開(kāi)裂6 1、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂必須同時(shí)具備三個(gè)基本條件，即、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂必須同時(shí)具備三個(gè)基本條件，即敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)。敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)。 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征 2、發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要是合金，幾乎所有金屬的發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要是合金，幾乎所有金屬的合金在特定的環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如，合金在特定的環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如，純度達(dá)純

3、度達(dá)99 99%的銅在含氨介質(zhì)中不會(huì)腐蝕開(kāi)裂，但含有的銅在含氨介質(zhì)中不會(huì)腐蝕開(kāi)裂，但含有0 04%磷或磷或0 01%銻時(shí)，則發(fā)生開(kāi)裂。銻時(shí)，則發(fā)生開(kāi)裂。 材料因素材料因素力學(xué)因素力學(xué)因素環(huán)境因素環(huán)境因素SCC7 3、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產(chǎn)生、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產(chǎn)生SCC。4、應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)有三種：晶間型、穿晶型和混合型。、應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)有三種：晶間型、穿晶型和混合型。 晶晶間型是指裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金間型是指裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金等。等。8 5、應(yīng)力腐蝕斷裂裂紋、應(yīng)力腐蝕斷裂裂紋一般為樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，裂

4、紋一般為樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，裂紋走向垂直于應(yīng)力方向。走向垂直于應(yīng)力方向。9 根據(jù)應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)代觀(guān)念比較根據(jù)應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)代觀(guān)念比較集中的有三種理論，即陽(yáng)極溶解機(jī)理集中的有三種理論，即陽(yáng)極溶解機(jī)理（陽(yáng)極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陽(yáng)極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陰極過(guò)程放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致（陰極過(guò)程放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致材料脆斷）、陽(yáng)極溶解和氫脆共同作用材料脆斷）、陽(yáng)極溶解和氫脆共同作用的機(jī)理。的機(jī)理。 1、陽(yáng)極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕斷裂、陽(yáng)極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕斷裂主要是指金屬材料在靜拉應(yīng)力與腐蝕介主要是指金屬材料在靜拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽(yáng)極溶質(zhì)共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽(yáng)

5、極溶解過(guò)程控制引起脆斷（解過(guò)程控制引起脆斷（APC-SCC）。）。屬于這類(lèi)機(jī)理的有低碳鋼、鋁合金和銅屬于這類(lèi)機(jī)理的有低碳鋼、鋁合金和銅合金的合金的SCC。 應(yīng)力腐蝕斷裂的機(jī)理應(yīng)力腐蝕斷裂的機(jī)理10滑移滑移-溶解溶解-斷裂機(jī)理斷裂機(jī)理奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 該理論至少包括四個(gè)過(guò)程：表面膜的形成、應(yīng)力作用下該理論至少包括四個(gè)過(guò)程：表面膜的形成、應(yīng)力作用下金屬產(chǎn)生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽(yáng)極溶解、金屬產(chǎn)生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽(yáng)極溶解、裸露金屬再鈍化。裸露金屬再鈍化。 在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動(dòng)，在表面產(chǎn)生滑在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動(dòng)，在表面產(chǎn)生滑移臺(tái)階，表面膜產(chǎn)生局

6、部破裂，露出活潑的移臺(tái)階，表面膜產(chǎn)生局部破裂，露出活潑的“新鮮新鮮”金屬。金屬。有膜和無(wú)膜金屬及缺陷處形成鈍化有膜和無(wú)膜金屬及缺陷處形成鈍化-活化微電池?；罨㈦姵?。 伴隨陽(yáng)極溶解產(chǎn)生陽(yáng)極極化，使陽(yáng)極周?chē)g化，在蝕伴隨陽(yáng)極溶解產(chǎn)生陽(yáng)極極化，使陽(yáng)極周?chē)g化，在蝕坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應(yīng)力繼續(xù)作坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應(yīng)力繼續(xù)作用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應(yīng)力集中，而使鈍化膜用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應(yīng)力集中，而使鈍化膜再次破裂，造成新的活性陽(yáng)極區(qū)，如此反復(fù)，造成縱深穿再次破裂，造成新的活性陽(yáng)極區(qū)，如此反復(fù)，造成縱深穿晶的裂紋。晶的裂紋。 11122、氫脆機(jī)

7、理、氫脆機(jī)理 認(rèn)為：金屬材認(rèn)為：金屬材料在拉應(yīng)力料在拉應(yīng)力 和和腐蝕介質(zhì)共同作腐蝕介質(zhì)共同作用下，由于陰極用下，由于陰極還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散到裂氫原子擴(kuò)散到裂紋尖端的金屬內(nèi)紋尖端的金屬內(nèi)部引起并控制脆部引起并控制脆斷。這種應(yīng)力腐斷。這種應(yīng)力腐蝕稱(chēng)為氫脆型蝕稱(chēng)為氫脆型SCC（HE-SCC）。也稱(chēng)氫）。也稱(chēng)氫的滯后開(kāi)裂。的滯后開(kāi)裂。 131、應(yīng)力來(lái)源：、應(yīng)力來(lái)源：1）工作應(yīng)力：設(shè)備和部件在工作條件下所承受的外加載荷；）工作應(yīng)力：設(shè)備和部件在工作條件下所承受的外加載荷；2）殘余應(yīng)力：金屬材料在生產(chǎn)過(guò)程和加工過(guò)程中，在材料）殘余應(yīng)力：金屬材料在生產(chǎn)過(guò)程和加工過(guò)程中，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)

8、力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機(jī)械加工、焊內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機(jī)械加工、焊接、熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；接、熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；3）熱應(yīng)力：由于溫度變化而引起的殘余應(yīng)力；）熱應(yīng)力：由于溫度變化而引起的殘余應(yīng)力；4）結(jié)構(gòu)應(yīng)力：由于設(shè)備、部件的安裝與裝配而引起的應(yīng)力。）結(jié)構(gòu)應(yīng)力：由于設(shè)備、部件的安裝與裝配而引起的應(yīng)力。外加應(yīng)力愈大，材料斷裂時(shí)間愈短。外加應(yīng)力愈大，材料斷裂時(shí)間愈短。影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素14應(yīng)力作用：（應(yīng)力作用：（1）破壞鈍化膜）破壞鈍化膜15應(yīng)力作用：應(yīng)力作用：（2）加速）加速Cl-和和OH-的吸附溶解的吸附溶解16 1）特殊

9、離子及其濃度的）特殊離子及其濃度的影響：氧濃度、氯化物濃影響：氧濃度、氯化物濃度影響如圖所示。度影響如圖所示。 2、介質(zhì)環(huán)境因素、介質(zhì)環(huán)境因素17（2）溫度：）溫度： 一般來(lái)說(shuō)，溫度升一般來(lái)說(shuō)，溫度升高，高，SCC容易發(fā)生，容易發(fā)生，但溫度過(guò)高，由于產(chǎn)但溫度過(guò)高，由于產(chǎn)生全面腐蝕，而抑制生全面腐蝕，而抑制了應(yīng)力腐蝕。了應(yīng)力腐蝕。 18（3）溶液中）溶液中pH值的影值的影響：對(duì)不銹鋼而言，響：對(duì)不銹鋼而言，pH值增加減緩了應(yīng)力值增加減緩了應(yīng)力腐蝕。腐蝕。 19 在不銹鋼中加入在不銹鋼中加入Si、Co有有利于提高抗利于提高抗SCC性能。但含性能。但含有周期表第有周期表第V類(lèi)元素類(lèi)元素N、P、As、

10、Sb、Bi有有害的。有有害的。Mo 4%能提高抗能提高抗SCC性能。性能。 3、合金成分的影響、合金成分的影響20 我們公司明顯屬于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的情況出現(xiàn)過(guò)不少我們公司明顯屬于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的情況出現(xiàn)過(guò)不少1）603分廠(chǎng)壓縮機(jī)工段冷凝器管板焊縫開(kāi)裂分廠(chǎng)壓縮機(jī)工段冷凝器管板焊縫開(kāi)裂2）606分廠(chǎng)氨冷凝器管板與換熱管焊縫開(kāi)裂分廠(chǎng)氨冷凝器管板與換熱管焊縫開(kāi)裂3）609分廠(chǎng)塔內(nèi)冷器管板與換熱管焊縫開(kāi)裂分廠(chǎng)塔內(nèi)冷器管板與換熱管焊縫開(kāi)裂a(bǔ) 換熱管材料都是換熱管材料都是304不銹鋼；不銹鋼；b 開(kāi)裂處都為管板與換熱管焊接處及焊接熱影響區(qū)，存開(kāi)裂處都為管板與換熱管焊接處及焊接熱影響區(qū)，存在焊接殘余應(yīng)力；在焊接殘

11、余應(yīng)力；c 殼程都是循環(huán)水，換熱溫度都超過(guò)殼程都是循環(huán)水，換熱溫度都超過(guò)60，在管板與換，在管板與換熱管縫隙處氯離子富集，濃度高熱管縫隙處氯離子富集，濃度高特定的合金，一定的應(yīng)力，特定的腐蝕環(huán)境，造成了應(yīng)特定的合金，一定的應(yīng)力，特定的腐蝕環(huán)境，造成了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。力腐蝕開(kāi)裂。21滲透后的明顯裂紋22 1、列管式換熱器的使用，如果工藝允許，建議循環(huán)水盡量走管程，、列管式換熱器的使用，如果工藝允許，建議循環(huán)水盡量走管程，既能避免氯離子的富集，也容易清洗水垢；既能避免氯離子的富集，也容易清洗水垢；2、列管式換熱器中需冷卻的物料溫度控制盡量在、列管式換熱器中需冷卻的物料溫度控制盡量在60以下，如果超以

12、下，如果超過(guò)過(guò)80的要特別注意的要特別注意3、物料中有易造成不銹鋼、物料中有易造成不銹鋼SCC發(fā)生的環(huán)境時(shí)，一定要在設(shè)備條件中發(fā)生的環(huán)境時(shí)，一定要在設(shè)備條件中提出，特別是鹵素離子（提出，特別是鹵素離子（Cl-、Br-等），以便于提前預(yù)防與避免。等），以便于提前預(yù)防與避免。4、解決發(fā)生、解決發(fā)生SCC的三條途徑的三條途徑a 降低溫度：高于降低溫度：高于60的物料在用循環(huán)水冷卻前，可以采用能量耦合、的物料在用循環(huán)水冷卻前，可以采用能量耦合、風(fēng)冷等形式，先將物料溫度降低到風(fēng)冷等形式，先將物料溫度降低到60以下，再用水冷；以下，再用水冷；b 消除應(yīng)力：車(chē)間將消除應(yīng)力：車(chē)間將SCC所涉及的溫度、物料成分提清楚后，設(shè)備所涉及的溫度、物料成分提清楚后，設(shè)備制造單位在制造時(shí)可采用減小焊接電流、控制焊接速度、控制層間制造單位在制造時(shí)可采用減小焊接電流、控制焊接速度、控制層間溫度在溫度在90以?xún)?nèi)、整體消除應(yīng)力（在受應(yīng)力的合金表面進(jìn)行噴砂、以?xún)?nèi)、整體消除應(yīng)力（在受應(yīng)力的合金表面進(jìn)行噴砂、錘敲等處理，使表面層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，以提高抗錘敲等處理，使表面層處于