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奧氏體不鏽鋼儲罐應力腐蝕研究現狀

作者:鎮田機械 时间:2019-03-28 09:01
奧氏體不鏽鋼儲罐應力腐蝕研究現狀 由于奧氏體不鏽鋼儲罐应力腐蚀问题在不锈钢构件的工程应用中普遍出现且危害很大,因而受到众多专家学者的广泛关注。目前为止国内外学者对于不同材 信息摘要:

奧氏體不鏽鋼儲罐應力腐蝕研究現狀

由于奧氏體不锈钢儲罐應力腐蝕問題在不鏽鋼構件的工程應用中普遍出現且危害很大,因而受到衆多專家學者的廣泛關注。目前爲止國內外學者對于不同材料及外部條件下應力腐蝕裂紋尖端化學和電化學狀態、應力強度和裂紋擴展速率的關系、氫在應力腐蝕裂紋擴展中的作用以及應力和應變速率在應力腐蝕裂紋萌生和擴展中的作用等方面的研宄已經取得了很大的進展。

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在应力腐蚀中,腐蚀介质对应力腐蚀行为的影响最大,因此在不同介质中的不锈钢应力腐蚀行为已被大量学者广泛研宄。如黄毓晖等研宄了60°C时不同NaCl溶液浓度对304奧氏體不锈钢抗应力腐蚀性能的影响,结果显示随着NaCl浓度的增加,304不锈钢试件的应力腐蚀敏感性先增大后减小,且在应力腐蚀过程中氢和应力的交互作用增加了304不锈钢应力腐蚀敏感性[38];吕国诚等在不同Cr浓度下对304不锈钢试样进行慢拉伸试验,得到了时间条件下304不锈钢构件发生应力腐蚀开裂的临界氯离子浓度[39];方智等研宄了304不锈钢在室温HCl+NaCl溶液中的应力腐蚀机理,结果表明应力腐蚀裂纹的形核与在酸性氯化物溶液中不锈钢表面形成的吸附产物薄膜有关[40];姜勇等研宄了316L不锈钢在NaOH溶液中的应力腐蚀行为,结果显示当温度较高时,316L不锈钢在低浓度的NaOH溶液中也会具有较大的应力腐蚀敏感性[41];关橘心等研宄了高温水环境下温度对316L不锈钢应力腐蚀开裂的影响,发现随温度的升高316L不锈钢脆性指标增大,250C是试样发生应力腐蚀的敏感温度[42];Elsariti等研宄了室温下316不锈钢在不同浓度的NaCl溶液环境中的应力腐蚀行为,结果表明随着NaCl浓度的升高,应力腐蚀敏感性增加,但当试验时间进一步延长后,不同浓度NaCl溶液环境下的试件应力腐蚀裂纹长度逐渐趋于一致[43];Lee等利用在304不锈钢沸水反应堆一次冷却管上开人工半圆形表面裂纹试样,研宄了不同环境参数对其应力腐蚀作用的影响,提出了一种改进的环境-断裂耦合模型,这一模型考虑了裂纹附近电化学势、溶液导电性、流动速率等参数的影响,与单纯的断裂力学模型相比,该模型能够更加准确地预测裂纹生长率与断裂韧性之间的关系。

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此外,不锈钢构件的应力状态同样对应力腐蚀行为有较大的影响。对此,Nishimura研宄了304和316不锈钢在恒定负载下酸性溶液环境中的应力腐蚀特征,结果表明在试验条件下应力腐蚀裂纹以穿晶和沿晶相混合的模式扩展,并可通过比较作用在试件上的最大应力值与临界应力值的大小来判断应力腐蚀是否发生[45];李岩等应用自行设计的设备在试样上预制点蚀坑,通过恒载荷应力腐蚀试验得出在试验条件下304L不锈钢发生应力腐蚀临界应力在80%Rp〇.2左右[46];Martin等通过研宄低应变速率下冷变形量对316L奧氏體不锈钢焊件的应力腐蚀行为影响,发现腐蚀环境对应力腐蚀敏感性的影响大于冷变形量的影响,另外对于焊接接头来说,由于焊接热输入的作用,已发生冷变形的金属发生了回复和再结晶的作用,因此冷变形量对焊接接头应力腐蚀裂纹敏感性基本没有影响[47];Edwards等利用弯曲试验来研宄304不锈钢在MgCl环境中应力腐蚀裂纹萌生与扩展的特点,结果表明在试验条件下应力腐蚀发生的临界应力为10MPa,临界湿度为30%,而裂纹扩展速率主要由裂纹尖端Cl_扩散速率决定[48]。

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不锈钢的显微组织和化学成分也是影响其应力腐蚀行为的重要因素。康欢举等对316LN奧氏體不锈钢进行不同变形量的轧制并对试样分别进行恒载拉伸应力腐蚀试验,结果表明316LN应力腐蚀裂纹的扩展速率对变形量很敏感,随轧制变形量的增加,其抗应力腐蚀性能显著降低[49];Kain等通过控制晶界能量,提高随机晶界的密度提高了奧氏體不锈钢抗沿晶应力腐蚀的能力[50];关凯书等对202不锈钢焊接接头的腐蚀失效进行了分析并提出了预防措施,如降低材料的含碳量,增加稳定性元素Ti和Ni的含量,采用较低的焊接热输入,以及对焊接接头进行焊后热处理等[51];Alyousif等研宄了304、310和316不锈钢在MgCl溶液中的应力腐蚀和氢脆现象,发现与退火状态相比,这三种不锈钢在敏化状态下奧氏體不锈钢的应力腐蚀和氢脆敏感性都较低。此外对于304不锈钢来说,应力腐蚀裂纹以穿晶模式扩展而氢致裂纹以沿晶模式扩展,并且从氢致沿晶断裂向应力腐蚀穿晶断裂的转化存在一个临界温度,且在敏化状态下的临界转化温度要高于退火状态下的临界转化温度[52];Nishimura等研宄了在盐酸溶液中,敏化温度对316奧氏體不鏽鋼儲罐应力腐蚀开裂的影响,发现到敏化温度在1000K左右时,应力腐蚀断裂的主要模式由穿晶断裂转变为沿晶断裂,对于敏化处理后的316不锈钢试样,其应力腐蚀主要是由晶界滑移、富Cr碳化物的析出、Cr的贫化、裂纹尖端氧化膜腐蚀电流的形成这几方面的原因造成的[53]。

值得注意的是,雖然多年來國內外衆多學者已對不鏽鋼在各種條件下的應力腐蝕進行了大量的研宄,然而由于應力腐蝕現象的複雜性,人們對不鏽鋼應力腐蝕的機理尚未取得統一的見解。但是工程人員仍可以從材料的選擇、應力的消除以及環境的控制等方面入手來預防應力腐蝕的出現,因此研宄特定條件下材料的應力腐蝕行爲及其産生的原因是有必要的。

 

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