應力腐蝕(SCC)是在拉伸應力作用下,在特定環境和有應力腐蝕敏感性的材料這三個要素同時存在的情況下導緻一種腐蝕形态。對奧氏體不鏽鋼來說,含有氯化物的環境是産生應力腐蝕的常見環境,也稱作氯化物應力腐蝕開裂(CSCC)。其它常見的奧氏體不鏽鋼應力腐蝕環境為:苛性鈉、硫化氫和連多硫酸等。下圖為高溫和高氯化物環境中6%Mo超級奧氏體不鏽鋼的應力腐蝕裂紋顯微圖片。
發生SCC需要同時具備拉伸應力和特定的腐蝕環境。應力來源可以是施加的應力,也可以是焊接或彎曲等過程中産生的殘餘應力。殘餘應力往往都很大(雖然有局部性),常常是造成SCC的一個因素。
氯化物應力腐蝕開裂(CSCC)
當奧氏體不鏽鋼出現CSCC時,通常是穿晶裂紋。敏化增加了SCC的敏感性,助長晶間裂紋的形成。高應力、高溫、高氯化物和低pH值都會增大應力腐蝕開裂的可能性。奧氏體不鏽鋼,包括304/304L、316/316L,和200系不鏽鋼,都非常容易發生這種腐蝕,即便在溫度和氯化物含量都比較低的情況下也如此。雖然高性能奧氏體不鏽鋼耐氯化物應力腐蝕開裂性能很好,但是并不能完全避免,在高溫和高氯化物環境下,也會出現氯化物應力腐蝕開裂。下圖列出了304,316和6%Mo在中性水中的CSCC曲線。
在溫度接近沸點或更高時,氯化物含量不足1ppm就會造成這些開裂。試樣完全浸沒在近中性溶液中,溫度低于50℃時,幾乎看不到CSCC。但随着氯化物濃度的提高,例如保溫層底下的幹濕交替或不鏽鋼表面的蒸發,在溫度遠低于50℃的情況下,也會出現CSCC。
304和316不鏽鋼的鎳含量為8%-12%,鎳含量更高的奧氏體不鏽鋼,耐氯化物應力腐蝕開裂的性能更好。高性能奧氏體不鏽鋼含有更多的鉻、钼和鎳,所以,耐氯化物應力腐蝕開裂的性能特别好。例如,6%Mo不鏽鋼,隻有在溫度和氯化物含量非常高的情況下才會出現開裂,溫度阈值遠遠高于100℃,說明在大氣壓力下,沸騰的中性氯化物溶液不會使6%Mo和類似的高性能奧氏體不鏽鋼出現CSCC,比304和316不鏽鋼有了很大的改進。
其它環境下的應力腐蝕開裂
強堿環境會使不鏽鋼産生一種叫做堿脆的應力腐蝕。在溫度達到或超過 100℃時,304、316和類似的牌号很容易發生堿性應力腐蝕開裂。堿性應力腐蝕開裂實質上是晶間裂紋,也可能有穿晶裂紋。提高鎳含量可改善耐堿性應力腐蝕開裂性能,因此,所有高性能奧氏體不鏽鋼的表現都好于标準牌号。但是,對于燒堿蒸發器這類在非常苛刻環境下運行溫度接近150℃的應用,隻有鎳合金方可勝任。
連多硫酸H2S4O6會使敏化的奧氏體不鏽鋼發生應力腐蝕開裂,開裂形态為晶間裂紋。采用固溶退火的304L和316L或抗敏化牌号321和347可避免這種危險。但即使是低碳牌号,如果長期暴露在敏化環境中,也會發生敏化并産生裂紋。為了防止開裂,穩定化牌号通常需要進行最終的穩定化退火(溫度低于固溶退火溫度)。
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