304不銹鋼棒|奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕
奧氏體不銹鋼(如304不銹鋼棒)在受到張應(yīng)力時,在某些介質(zhì)中經(jīng)過一段不長的時間就會發(fā)生破壞。這種在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下所引起的開裂稱為應(yīng)力腐蝕開裂(Stress Corrosion Crack)。詳文了解http://jinyishop.cn
一般認(rèn)為,應(yīng)力腐蝕是應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕共同作用的結(jié)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(fā)階段,張應(yīng)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(zhì)中,更重要的是裂紋尖端形成的應(yīng)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(fù)進行,直至裂紋達到臨界尺寸,迅速產(chǎn)生失穩(wěn)脆性斷裂。影響應(yīng)力腐蝕的主要因素是介質(zhì)特點、附加應(yīng)力與環(huán)境溫度、鋼的化學(xué)成分和組織等。
引起奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)中含有氯離子(Cl-),容易引起應(yīng)力腐蝕。隨著Cl-濃度的升高,應(yīng)力腐蝕破斷時間縮短。在微酸性FeCl2、MgCl2溶液中,氧能促進應(yīng)力腐蝕破壞。在pH小于4~5的酸性介質(zhì)中,H+濃度越高,應(yīng)力腐蝕破斷時間就越短。當(dāng)pH大于4~5時,加入NO3-、I-及醋酸鹽就可以抑制應(yīng)力腐蝕。
應(yīng)力的影響主要表現(xiàn)為只有張應(yīng)力才會引發(fā)應(yīng)力腐蝕。溫度恒定時,應(yīng)力越大,則破斷時間越短。溫度的影響是通過影響化學(xué)反應(yīng)速度和物質(zhì)輸運速度而影響應(yīng)力腐蝕過程的。在含氯離子的水溶液中,80℃以上時才產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。溫度越高,應(yīng)力腐蝕破斷時間越短。
不銹鋼的化學(xué)成分和組織對應(yīng)力腐蝕也有強烈的影響。低Ni奧氏體不銹鋼對應(yīng)力腐蝕很敏感,而高鎳鋼(Ni含量大于45%)就不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。N促進應(yīng)力腐蝕裂縫的誘發(fā)和擴展,增加應(yīng)力腐蝕的敏感性,而C則降低奧氏體不銹鋼的應(yīng)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(yīng)力腐蝕敏感性越高。Si在單相奧氏體和復(fù)相不銹鋼中都提高鋼對應(yīng)力腐蝕的抗力,一般Si的加入量為2%~4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。Cu能改善奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕,如00Cr18Ni10鋼中加入2%的銅,可以獲得良好的應(yīng)力腐蝕抗力。Mo使奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕破斷的誘發(fā)期縮短。P、As、Sb、Bi、Al等都降低奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕抗力。殘余的S也是有害的,因為MnS可優(yōu)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(yīng)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(yīng)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(jié)呈網(wǎng)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(yīng)力腐蝕抗力;而N則促進位錯呈平面分布,所以促進應(yīng)力腐蝕。鐵素體在形變時易發(fā)生交滑移,導(dǎo)致表面鈍化膜破壞少,因而降低不銹鋼應(yīng)力腐蝕敏感性。
鉻含量在15%~28%的鐵素體不銹鋼對引起的應(yīng)力腐蝕不敏感,而Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼對應(yīng)力腐蝕卻很敏感;含鐵素體的復(fù)相不銹鋼有低的應(yīng)力腐蝕傾向。
從化學(xué)成分和組織設(shè)計角度來說,為防止發(fā)生應(yīng)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(zhì)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(fù)相鋼,其中鐵素體體積分?jǐn)?shù)控制在50%~70%。
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