應力腐蝕裂紋
應力腐蝕裂紋(Stress Corrosion Cracking,SCC)是指由于拉伸應力和特定腐蝕介質同時存在時,而導致的一種局部裂紋。在給定環境和應力的適當組合下,實際上所有的結構用金屬材料都對應力腐蝕有敏感性。
應力腐蝕裂紋常常發生在看似比較溫和的化學環境下,在拉伸應力遠低于金屬屈服強度的條件下。當它們產生時,失效常常是采取產生細裂紋的形式,它滲透到金屬里面,在鄰接的表面上很少或者并無腐蝕的征象。 對應力腐蝕裂紋有促進作用的應力可在制造或加工、或者在運行的過程中產生。在制造、加工的過程中,如熱加工、表面精整、各種成型加工(特別是冷彎時),以及裝配、焊接都將會產生殘余拉伸應力。
氯化物應力腐蝕裂紋是最常見的,特別是在奧氏體不銹鋼上,如304/316,是最容易對應力腐蝕裂紋敏感的鋼。當它們與高濃度的氯化物接觸時,只要溫度高于60℃就會產生應力腐蝕裂紋。圖1 的Copson(考普森)曲線表明,不銹鋼抗應力腐蝕能力與鎳含量有關,低值出現在8~12%的(質量分數)范圍內,剛好落在常用的奧氏體不銹鋼鎳的含量內。
晶間腐蝕
在晶界上或靠近晶界處發生的局部腐蝕,而晶粒內部沒有或只有很少的腐蝕,則稱為晶間腐蝕(InterGranular Corrosion,IGC)。這種局部腐蝕主要是由晶界上合金元素(主要是Cr、Mo)的貧化引起的。 300系列奧氏體不銹鋼中和含Cr、Mo的鎳基合金具有晶間腐蝕傾向。不銹鋼的晶間腐蝕主要發生在焊接熱影響區(HAZ),因為為了避免焊縫產生結晶裂紋,焊材中會人為提高Cr含量,使焊縫含有一定量的鐵素體(可翻閱鄙作《為什么奧氏體不銹鋼焊縫中含有鐵素體》),由于焊縫中的Cr含量比母材高,所以不銹鋼的晶間腐蝕主要發生在焊接熱影響區。晶間腐蝕敏感性是由于晶界附近碳化鉻(Cr23C6)的析出導致晶界附近鉻的局部耗損。當局部鉻含量下降到約12 wt%以下時,該區域不再是“不銹鋼",并可能發生加速侵蝕。