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奧氏體不銹鋼的應力腐蝕

2016-12-14 15:02:01 作者：本網整理來源：金屬材料的世界分享至：

    奧氏體不銹鋼在受到張應力時，在某些介質中經過一段不長的時間就會發生破壞。這種在應力和腐蝕介質共同作用下所引起的開裂稱為應力腐蝕開裂（Stress Corrosion Crack）。

    一般認為，應力腐蝕是應力和電化學腐蝕共同作用的結果，是滑移-溶解機制（也稱保護膜破壞理論）。即在初始裂紋誘發階段，張應力引起位錯沿滑移面運動移出表面，形成表面滑移臺階，破壞了表面鈍化膜，裸露的滑移臺階直接暴露在腐蝕介質中，更重要的是裂紋尖端形成的應力集中降低陽極電位，從而加速裂紋尖端金屬（陽極）的溶解，形成蝕坑，使裂紋擴展。裂紋擴展到一定的程度，其表面又會形成新的鈍化膜。這種鈍化膜形成與破壞的過程反復進行，直至裂紋達到臨界尺寸，迅速產生失穩脆性斷裂。影響應力腐蝕的主要因素是介質特點、附加應力與環境溫度、鋼的化學成分和組織等。

    引起奧氏體不銹鋼應力腐蝕的介質中含有氯離子（Cl-），容易引起應力腐蝕。隨著Cl-濃度的升高，應力腐蝕破斷時間縮短。在微酸性FeCl2、MgCl2溶液中，氧能促進應力腐蝕破壞。在pH小于4~5的酸性介質中，H+濃度越高，應力腐蝕破斷時間就越短。當pH大于4~5時，加入NO3-、I-及醋酸鹽就可以抑制應力腐蝕。

    應力的影響主要表現為只有張應力才會引發應力腐蝕。溫度恒定時，應力越大，則破斷時間越短。溫度的影響是通過影響化學反應速度和物質輸運速度而影響應力腐蝕過程的。在含氯離子的水溶液中，80℃以上時才產生應力腐蝕。溫度越高，應力腐蝕破斷時間越短。

    不銹鋼的化學成分和組織對應力腐蝕也有強烈的影響。低Ni奧氏體不銹鋼對應力腐蝕很敏感，而高鎳鋼（Ni含量大于45%）就不會產生應力腐蝕。N促進應力腐蝕裂縫的誘發和擴展，增加應力腐蝕的敏感性，而C則降低奧氏體不銹鋼的應力腐蝕敏感性。Cr含量高于12%的奧氏體不銹鋼，其Cr含量越高，則應力腐蝕敏感性越高。Si在單相奧氏體和復相不銹鋼中都提高鋼對應力腐蝕的抗力，一般Si的加入量為2%~4%（質量分數）。Cu能改善奧氏體不銹鋼的應力腐蝕，如00Cr18Ni10鋼中加入2%的銅，可以獲得良好的應力腐蝕抗力。Mo使奧氏體不銹鋼應力腐蝕破斷的誘發期縮短。P、As、Sb、Bi、Al等都降低奧氏體不銹鋼的應力腐蝕抗力。殘余的S也是有害的，因為MnS可優先被溶解，并形成裂紋源。Ti和Nb的影響不顯著。

    此外，由于奧氏體鋼的層錯能影響位錯滑移的方式，從而影響應力腐蝕敏感性。影響層錯能的元素也影響奧氏體不銹鋼的應力腐蝕。因為層錯能高的鋼形變時采取交滑移的方式，位錯纏結呈網狀分布，引起表面的臺階小，鈍化膜不易被破壞。而Ni和C都增高奧氏體的層錯能，故高Ni奧氏體鋼有較高的應力腐蝕抗力；而N則促進位錯呈平面分布，所以促進應力腐蝕。鐵素體在形變時易發生交滑移，導致表面鈍化膜破壞少，因而降低不銹鋼應力腐蝕敏感性。

    鉻含量在15%~28%的鐵素體不銹鋼對引起的應力腐蝕不敏感，而Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼對應力腐蝕卻很敏感；含鐵素體的復相不銹鋼有低的應力腐蝕傾向。

    從化學成分和組織設計角度來說，為防止發生應力腐蝕，常采取的辦法是加入2%~4%Si或2%Cu；提高鋼的純度，將鋼中的N含量降低到0.04%以下，并盡量減少P、As、Sb、Bi等雜質的含量；采用高純度的鐵素體不銹鋼基體組織；采用奧氏體-鐵素體復相鋼，其中鐵素體體積分數控制在50%~70%。