奥氏体不锈钢的应力腐蚀

2016-12-14 15:02:01 作者：本网整理来源：金属材料的世界分享至：

    奥氏体不锈钢在受到张应力时，在某些介质中经过一段不长的时间就会发生破坏。这种在应力和腐蚀介质共同作用下所引起的开裂称为应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Crack）。

    一般认为，应力腐蚀是应力和电化学腐蚀共同作用的结果，是滑移-溶解机制（也称保护膜破坏理论）。即在初始裂纹诱发阶段，张应力引起位错沿滑移面运动移出表面，形成表面滑移台阶，破坏了表面钝化膜，裸露的滑移台阶直接暴露在腐蚀介质中，更重要的是裂纹尖端形成的应力集中降低阳极电位，从而加速裂纹尖端金属（阳极）的溶解，形成蚀坑，使裂纹扩展。裂纹扩展到一定的程度，其表面又会形成新的钝化膜。这种钝化膜形成与破坏的过程反复进行，直至裂纹达到临界尺寸，迅速产生失稳脆性断裂。影响应力腐蚀的主要因素是介质特点、附加应力与环境温度、钢的化学成分和组织等。

    引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质中含有氯离子（Cl-），容易引起应力腐蚀。随着Cl-浓度的升高，应力腐蚀破断时间缩短。在微酸性FeCl2、MgCl2溶液中，氧能促进应力腐蚀破坏。在pH小于4~5的酸性介质中，H+浓度越高，应力腐蚀破断时间就越短。当pH大于4~5时，加入NO3-、I-及醋酸盐就可以抑制应力腐蚀。

    应力的影响主要表现为只有张应力才会引发应力腐蚀。温度恒定时，应力越大，则破断时间越短。温度的影响是通过影响化学反应速度和物质输运速度而影响应力腐蚀过程的。在含氯离子的水溶液中，80℃以上时才产生应力腐蚀。温度越高，应力腐蚀破断时间越短。

    不锈钢的化学成分和组织对应力腐蚀也有强烈的影响。低Ni奥氏体不锈钢对应力腐蚀很敏感，而高镍钢（Ni含量大于45%）就不会产生应力腐蚀。N促进应力腐蚀裂缝的诱发和扩展，增加应力腐蚀的敏感性，而C则降低奥氏体不锈钢的应力腐蚀敏感性。Cr含量高于12%的奥氏体不锈钢，其Cr含量越高，则应力腐蚀敏感性越高。Si在单相奥氏体和复相不锈钢中都提高钢对应力腐蚀的抗力，一般Si的加入量为2%~4%（质量分数）。Cu能改善奥氏体不锈钢的应力腐蚀，如00Cr18Ni10钢中加入2%的铜，可以获得良好的应力腐蚀抗力。Mo使奥氏体不锈钢应力腐蚀破断的诱发期缩短。P、As、Sb、Bi、Al等都降低奥氏体不锈钢的应力腐蚀抗力。残余的S也是有害的，因为MnS可优先被溶解，并形成裂纹源。Ti和Nb的影响不显著。

    此外，由于奥氏体钢的层错能影响位错滑移的方式，从而影响应力腐蚀敏感性。影响层错能的元素也影响奥氏体不锈钢的应力腐蚀。因为层错能高的钢形变时采取交滑移的方式，位错缠结呈网状分布，引起表面的台阶小，钝化膜不易被破坏。而Ni和C都增高奥氏体的层错能，故高Ni奥氏体钢有较高的应力腐蚀抗力；而N则促进位错呈平面分布，所以促进应力腐蚀。铁素体在形变时易发生交滑移，导致表面钝化膜破坏少，因而降低不锈钢应力腐蚀敏感性。

    铬含量在15%~28%的铁素体不锈钢对引起的应力腐蚀不敏感，而Cr18Ni9型奥氏体不锈钢对应力腐蚀却很敏感；含铁素体的复相不锈钢有低的应力腐蚀倾向。

    从化学成分和组织设计角度来说，为防止发生应力腐蚀，常采取的办法是加入2%~4%Si或2%Cu；提高钢的纯度，将钢中的N含量降低到0.04%以下，并尽量减少P、As、Sb、Bi等杂质的含量；采用高纯度的铁素体不锈钢基体组织；采用奥氏体-铁素体复相钢，其中铁素体体积分数控制在50%~70%。