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當(dāng)不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂時，通常是特定離子存在下，一般是氯化物，陽極控制的斷裂，或者是陰極控制的加氫裂化。除氯化物外，其它鹵化物也能引起斷裂，但它們不經(jīng)常遇到并且它們的作用取決于溶液中的其它變量如酸度和氧化能力，正如點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的情形。鹵素鹽中陽離子的影響主要是它們對水解pH的影響，酸性鹽越多腐蝕性就越強(qiáng)。最常見的鹽氯化鈉是相當(dāng)中性的；它的腐蝕性一般比含鈣及鎂的鹽要弱。加氫裂化通常需要高的氫分壓，并且主要限于雙相和鐵素體不銹鋼的鐵素體相中。

高性能不銹鋼，不管是什么結(jié)構(gòu)類型，通常都比標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能更好。原因是從應(yīng)力腐蝕斷裂的角度看，304和316不銹鋼中8%～12%的鎳含量處于一個不合適的水平；Copson56多年前采用45%的沸騰MgCl2溶液證明了這一點(diǎn)。較高的鎳、鉻、鉬含量提高了奧氏體的耐應(yīng)力腐蝕斷裂的性能，從而提高了高性能不銹鋼的耐腐蝕性。鐵素體相進(jìn)一步改善了雙相不銹鋼的耐腐蝕性，并使得鐵素體不銹鋼在通常碰到的氯化物介質(zhì)中具有非常好的耐腐蝕性。此外，近來已明確了45%的沸騰MgCl2溶液，盡管能清楚地顯示出合金化的效果，但它是一種腐蝕性極強(qiáng)的介質(zhì)，在定義適用范圍時不一定有用。當(dāng)前的研究已把重點(diǎn)放在模擬真實(shí)情況的方法步驟上。當(dāng)在氯化鈉介質(zhì)中試驗(yàn)時，既定的合金化作用得到證實(shí)。此外，從高性能不銹鋼上獲得有效的耐腐蝕性的可能性也已被顯示出來，見圖61。在200℃、26%的NaCl溶液中，處于奧氏體高性能不銹鋼鎳含量范圍的合金顯示出很長的失效時間或不腐蝕狀態(tài)。

水和含鹽水介質(zhì)   

高性能不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能已經(jīng)在各種涉及到氯化物的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中得到評估。當(dāng)初開發(fā)出這些試驗(yàn)以適用于會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的冷卻水或者含鹽水等惡劣條件。通過試驗(yàn)條件的改變，產(chǎn)生不同的腐蝕程度，進(jìn)行不同高性能不銹鋼和標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼間的對比。表31定性總結(jié)了不銹鋼在這些試驗(yàn)中的性能表現(xiàn)。表中所列出的試驗(yàn)按如下順序排列：左邊是較苛刻的高溫酸性氯化物介質(zhì)；右邊是苛刻的高氧含量、高溫介質(zhì)；中間是較適中的低溫介質(zhì)。表中各個部分，所列出的鋼種分組從上到下按照耐腐蝕性增加的順序排列。以316不銹鋼為代表的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體鋼種，在所有這些試驗(yàn)中都會發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。最苛刻的試驗(yàn)，45%的沸騰MgCl2溶液試驗(yàn)將在除了低鎳鐵素體不銹鋼外的所有高性能不銹鋼上引起應(yīng)力腐蝕斷裂。在最敏感的鋼種和最苛刻的試驗(yàn)條件之間，合金的性能存在一個很寬的范圍。

在高性能奧氏體不銹鋼中，A-2組的不銹鋼在所有試驗(yàn)中都表現(xiàn)出應(yīng)力斷裂的敏感性，而A-5組的不銹鋼稍好一些。雖然這兩組的不銹鋼在不太苛刻的試驗(yàn)中表現(xiàn)可能比316不銹鋼好一些，但不應(yīng)當(dāng)用它們來解決316不銹鋼應(yīng)力腐蝕斷裂問題，因?yàn)樗鼈兊逆嚭績H僅稍高于316不銹鋼。采用鎳含量在18%以上的奧氏體不銹鋼，則耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能得到顯著改善。這種改善隨著鎳含量以及鉻和鉬含量的增加而增加。例如，在高性能奧氏體不銹鋼中，904L和20Cb-3不銹鋼常常用于那些316不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能不足以滿足需要的應(yīng)用，并且有優(yōu)良的表現(xiàn)。表31顯示，A-4和A-6組的不銹鋼在更惡劣的環(huán)境下應(yīng)當(dāng)是有效的。高性能雙相不銹鋼在耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能方面優(yōu)于304和316不銹鋼，因?yàn)樗鼈兒需F素體相，但是它們不像大多數(shù)高合金化奧氏體和鐵素體合金那樣能夠耐極端腐蝕性的環(huán)境。這可能是因?yàn)樗鼈?%～8%的鎳含量，在奧氏體相中是很有害的。鐵素體不銹鋼均有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂性能。那些不含鎳的鋼種在表31所示的任何試驗(yàn)介質(zhì)中沒有表現(xiàn)出敏感性，而在腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)中，較高合金化的F-2和F-3組不銹鋼的1%～4%的鎳含量會造成腐蝕敏感性。

將實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)力腐蝕斷裂數(shù)據(jù)用于工程設(shè)計(jì)是很困難的，因?yàn)橐婕暗匠辖鸷恳酝獾脑S多系統(tǒng)變化因素。這些變化因素包括實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)、蒸發(fā)和局部離子濃縮的可能性，以及由含氧量決定的電位。易發(fā)生局部沸騰以及熱表面覆蓋保溫層的熱交換器是經(jīng)常碰到的涉及如上因素的情形。標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼的局限性顯示，在這些場合需要采用高性能不銹鋼。Wick試驗(yàn)和液滴蒸發(fā)試驗(yàn)都試圖模擬這些條件。液滴蒸發(fā)試驗(yàn)是其中較苛刻的方法，并常在各種應(yīng)力水平下進(jìn)行。許多情況下，該試驗(yàn)可為鋼種選擇提供指南。圖62給出了典型高性能不銹鋼的液滴蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果；所有試驗(yàn)都是在相同的實(shí)驗(yàn)室、在完全相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。這些數(shù)據(jù)表明，鐵素體不銹鋼，以及較高合金化的高性能奧氏體和雙相不銹鋼組中的鋼種，在許多冷卻水應(yīng)用所遇到的局部沸騰（沸點(diǎn)為常壓沸點(diǎn)）和蒸發(fā)的情況下表現(xiàn)良好。

實(shí)際的現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)支持這些結(jié)論。高性能不銹鋼代替由于應(yīng)力腐蝕斷裂而失效的304和316不銹鋼熱交換器管道和容器已經(jīng)有許多成功的實(shí)例。這些鋼種發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的可能性極少。雖然很難規(guī)定使用限制，但實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場應(yīng)用的數(shù)據(jù)為在含氧冷卻水中的應(yīng)用提供了一些指導(dǎo)，見圖63。304和316不銹鋼的這條實(shí)線是根據(jù)一項(xiàng)對運(yùn)行中的熱交換器的調(diào)查得來的，描述了對于約六年的有效使用年限，溫度和氯化物含量的限制。這條曲線隨熱交換器的種類和工藝流體的溫度等因素的變化，位置會稍有變動，但它為304和316不銹鋼提供了參考，并且強(qiáng)調(diào)了應(yīng)力腐蝕雖然可以在較低溫度下發(fā)生，但如果水中氯化物濃度很低時發(fā)生了蒸發(fā)，它就很可能在約50℃ 以上的溫度下發(fā)生。高性能不銹鋼的曲線是根據(jù)圖62的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)得來的。這些曲線表明高性能不銹鋼在相當(dāng)高的氯化物濃度和溫度下使用是有效的。

含硫石油天然氣介質(zhì)   

硫化氫的存在增加了油氣生產(chǎn)常常涉及的高氯化物水溶液的腐蝕性，二氧化碳的存在或有意添加的酸化劑增大了這些介質(zhì)的腐蝕性。隨著介質(zhì)苛刻程度的增加，發(fā)生點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕斷裂甚至全面腐蝕的可能性增加。在H2S含量相對較低時，所有三種結(jié)構(gòu)類型的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼都能提供有效的耐腐蝕性，并且許多已被納入NACE標(biāo)準(zhǔn)MR0175，“油田裝置使用的耐硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂的金屬材料”。然而，當(dāng)H2S分壓、氯化物濃度、溫度以及酸度增加時，有必要采用高性能奧氏體和雙相不銹鋼以提供有效的耐蝕性。從H2S-促進(jìn)應(yīng)力腐蝕斷裂的角度看，高性能奧氏體不銹鋼一般優(yōu)于雙相不銹鋼，而鐵素體鋼種遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如前面兩種不銹鋼。因?yàn)樵S多應(yīng)用要求高強(qiáng)度，所以中等腐蝕性介質(zhì)下，雙相不銹鋼通常是首選，并且它們已被廣泛地研究來確定在這些環(huán)境下的適用性限制。

雙相不銹鋼對含硫介質(zhì)的耐蝕性是一個非常復(fù)雜的問題，因?yàn)槟臀g性取決于冶金學(xué)、環(huán)境和應(yīng)力因素之間的相互影響。在H2S存在時，主要的失效方式是鐵素體相的氫應(yīng)力斷裂。低pH和高氯化物含量似乎加速了這一過程。但溫度的影響是這樣的，隨著溫度從室溫升高到大約100℃，敏感性增加，然后在較高溫度時下降。陽極應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理或均勻腐蝕在較高溫度下占優(yōu)勢，尤其當(dāng)氯化物含量高時。從冶金學(xué)的角度看，如果組織中鐵素體所占比例高，則對加氫裂化有利，而過多的奧氏體會促進(jìn)陽極形式的斷裂發(fā)生。冷加工會促使兩種形式的斷裂發(fā)生，但經(jīng)常采用一定程度的冷加工來達(dá)到較高的強(qiáng)度。除了已經(jīng)提到的環(huán)境因素外，粘在金屬表面的油能起到抑制作用；一些離子，如海水和人工水中的碳酸氫鹽，也提高了pH，產(chǎn)生了苛刻程度低于實(shí)驗(yàn)室的介質(zhì)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室采用的是無緩沖劑的氯化鈉溶液。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，試樣加載應(yīng)力的方式也會得出不同的試驗(yàn)結(jié)果，必須從工程適用性的角度加以解釋。

許多實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相比，結(jié)論似乎過于保守。例如，用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)（SSRT）方法進(jìn)行應(yīng)力腐蝕斷裂評定，所確定的合格H2S水平一般低于用其他方法試驗(yàn)得出的結(jié)果。這種差異以及H2S和溫度對應(yīng)力腐蝕斷裂的影響，見圖64。SSRT（慢應(yīng)變速率試驗(yàn)）通常在最低H2S分壓產(chǎn)生斷裂，而且溫度在大約100℃時，應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性為最大值。已經(jīng)確定了發(fā)生各種形式腐蝕的H2S和溫度的范圍。圖65給出了一個2205雙相不銹鋼的例子。在一些H2S分壓和溫度組合最小值之上，局部點(diǎn)蝕有可能發(fā)生，然后是應(yīng)力腐蝕斷裂。在H2S分壓和溫度組合最大值的地方，會發(fā)生均勻腐蝕。這些范圍將隨著其他環(huán)境因素以及合金成分和鋼種的變化而變化。圖66馬氏體、雙相以及奧氏體不銹鋼的情形說明了這一點(diǎn)。雙相不銹鋼在中等腐蝕條件下有優(yōu)良的性能，但苛刻的應(yīng)用條件，需要采用高性能奧氏體不銹鋼或鎳基合金。

氫介質(zhì)   

標(biāo)準(zhǔn)和高性能奧氏體不銹鋼對具有高氫氣分壓的環(huán)境有很好的耐腐蝕性，它們常被指定用于各種溫度和壓力的氫介質(zhì)。鐵素體相對氫損害很敏感，從雙相不銹鋼，尤其鐵素體不銹鋼的較差表現(xiàn)可以反映出來。雙相不銹鋼在適中的含氫條件下能夠保持一定的塑性和韌性，因?yàn)榧词硅F素體相嚴(yán)重脆化，奧氏體相還能提供剩余的塑性。

這種奧氏體的有利作用在鐵素體鋼種中不存在；因此，當(dāng)在涉及氫的應(yīng)用中考慮它們時要謹(jǐn)慎。例如，當(dāng)鐵素體不銹鋼暴露在含氫的退火氣氛中時，會產(chǎn)生孔隙和裂紋。加工碳?xì)浠衔飼r，在比較適中的溫度，有充氫的可能性，特別是當(dāng)充氫的催化劑如氰化物存在時。熱交換器運(yùn)送冷卻水時，如果表面是通過電耦合和陰極保護(hù)來維持陰極，有可能充氫并導(dǎo)致嚴(yán)重的脆化。充氫開始變得顯著時的電勢相對于標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極大約為-800mV。氯化物濃度、生物活性、電勢、溫度以及時間都影響充氫苛刻程度。氯化物對由于氫脆造成 F-2組的鐵素體不銹鋼塑性下降的影響見圖67。氫脆降低了塑性和韌性。破裂常常由于解理造成，但嚴(yán)重的氫脆甚至將引起晶界破裂。用鈦穩(wěn)定化或鎳合金化似乎加劇了這種作用。高純E-BRITE26-1可能是最耐蝕的高性能鐵素體不銹鋼，在許多涉及氫和氰化物的精煉廠應(yīng)用中具有良好的使用性能。

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