不銹鋼應(yīng)力腐蝕原理及防治方法

1、1應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂 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裂（或下引起的金屬開裂（或斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開裂。斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開裂。 應(yīng)力腐蝕開裂，簡稱應(yīng)力腐蝕開裂，簡稱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)生的脆性開裂。拉應(yīng)力和某種特定腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的脆性開裂。2不同情況引起的應(yīng)力腐蝕開裂不同情況引起的應(yīng)力腐蝕開裂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)力開裂、外在應(yīng)力的存在導(dǎo)致應(yīng)力開裂6 1、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂必須同時(shí)具備三個基本條件，即、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂必須同時(shí)具備三個基本條件，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)力腐蝕開裂的特征應(yīng)力腐蝕開裂的特征 2、發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的主要是合金，幾乎所有金屬的發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的主要是合金，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)中不會腐蝕開裂，但含有的銅在含氨介質(zhì)中不會腐蝕開裂，但含有0 04%磷或磷或0 01%銻時(shí)，則發(fā)生開裂。銻時(shí)，則發(fā)生開裂。 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枝狀結(jié)構(gòu)，裂

4、紋一般為樹枝狀結(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)代觀念比較根據(jù)應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)代觀念比較集中的有三種理論，即陽極溶解機(jī)理集中的有三種理論，即陽極溶解機(jī)理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陰極過程放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致（陰極過程放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同作用材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同作用的機(jī)理。的機(jī)理。 1、陽極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕斷裂、陽極溶解機(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)陽極溶質(zhì)共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽

5、極溶解過程控制引起脆斷（解過程控制引起脆斷（APC-SCC）。）。屬于這類機(jī)理的有低碳鋼、鋁合金和銅屬于這類機(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過程：表面膜的形成、應(yīng)力作用下該理論至少包括四個過程：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、裸露金屬的陽極溶解、金屬產(chǎn)生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽極溶解、裸露金屬再鈍化。裸露金屬再鈍化。 在應(yīng)力作用下，位錯沿著滑移面運(yùn)動，在表面產(chǎn)生滑在應(yīng)力作用下，位錯沿著滑移面運(yùn)動，在表面產(chǎn)生滑移臺階，表面膜產(chǎn)生局

6、部破裂，露出活潑的移臺階，表面膜產(chǎn)生局部破裂，露出活潑的“新鮮新鮮”金屬。金屬。有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化-活化微電池?；罨㈦姵亍?伴隨陽極溶解產(chǎn)生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕伴隨陽極溶解產(chǎn)生陽極極化，使陽極周圍鈍化，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，造成新的活性陽極區(qū)，如此反復(fù)，造成縱深穿再次破裂，造成新的活性陽極區(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)力腐蝕稱為氫脆型蝕稱為氫脆型SCC（HE-SCC）。也稱氫）。也稱氫的滯后開裂。的滯后開裂。 131、應(yīng)力來源：、應(yīng)力來源：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)過程和加工過程中，在材料）殘余應(yīng)力：金屬材料在生產(chǎn)過程和加工過程中，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、熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；接、熱處理過程中產(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： 一般來說，溫度升一般來說，溫度升高，高，SCC容易發(fā)生，容易發(fā)生，但溫度過高，由于產(chǎn)但溫度過高，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：對不銹鋼而言，響：對不銹鋼而言，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類元素類元素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)力腐蝕開裂的情況出現(xiàn)過不少我們公司明顯屬于應(yīng)力腐蝕開裂的情況出現(xiàn)過不少1）603分廠壓縮機(jī)工段冷凝器管板焊縫開裂分廠壓縮機(jī)工段冷凝器管板焊縫開裂2）606分廠氨冷凝器管板與換熱管焊縫開裂分廠氨冷凝器管板與換熱管焊縫開裂3）609分廠塔內(nèi)冷器管板與換熱管焊縫開裂分廠塔內(nèi)冷器管板與換熱管焊縫開裂a(bǔ) 換熱管材料都是換熱管材料都是304不銹鋼；不銹鋼；b 開裂處都為管板與換熱管焊接處及焊接熱影響區(qū)，存開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，換熱溫度都超過殼程都是循環(huán)水，換熱溫度都超過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)力腐蝕開裂。力腐蝕開裂。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，如果超過過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：車間將消除應(yīng)力：車間將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以內(nèi)、整體消除應(yīng)力（在受應(yīng)力的合金表面進(jìn)行噴砂、以內(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