應(yīng)力腐蝕斷裂事例有半數(shù)以上是在包含氯離子雜質(zhì)成分的環(huán)境下發(fā)生的,但在實(shí)驗(yàn)室里,應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)生要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,例如Truman(1977年)通過(guò)13500h的試驗(yàn)來(lái)觀察氯離子(102~105)x10-4%(ppm)、溫度20℃~沸點(diǎn)、pH(2、7、12)對(duì)304不銹鋼是否發(fā)生斷裂的影響,結(jié)果表明:在pH值為7的情況下只要不產(chǎn)生105x10-4%(ppm)Cl-,就不會(huì)發(fā)生斷裂。另一方面,日本自1975年左右高純度鐵素體系不銹鋼開(kāi)始上市。其中,尤其是鉻含量小于20%、鉬含量小于2%的鋼種曾被嘗試用于解決由304鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂、間隙斷裂等引起的溫水環(huán)境問(wèn)題,一般使用80℃以下比較稀薄的食鹽水,試片則使用實(shí)際裝置也進(jìn)行的重疊焊接的具有間隙的焊接試片。
增尾等(1979年)將兩塊薄試片通過(guò)點(diǎn)焊合為一體,然后將其放入包含80℃的100x10-4%(ppm)Cl-的水中,接下來(lái)每天吹入1次空氣,在滿足這些條件的前提下進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:奧氏體系不銹鋼中,316不銹鋼沒(méi)有發(fā)生腐蝕,但304鋼發(fā)生了點(diǎn)腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂;另一方面,鐵素體系不銹鋼(430鋼以及低碳的 17Cr-Ti、17Cr-1Mo-Ti、18Cr-2Mo-Ti各鋼)中的18Cr-2Mo-Ti鋼幾乎沒(méi)有發(fā)生腐蝕,但是其他的鋼雖然沒(méi)有斷裂卻發(fā)生了點(diǎn)腐蝕。他們(1980年)還著眼于應(yīng)力腐蝕斷裂,利用上述點(diǎn)焊試片進(jìn)行了6個(gè)月的試驗(yàn)來(lái)研究氯離子濃度(100x10-4%(ppm)、1000x10-4%(ppm)、21000x10-4%(ppm))以及溫度(40℃、60℃、80℃)的影響。304不銹鋼和316不銹鋼的結(jié)果如圖7.14所示,和前面提到的Truman的結(jié)果相比,在濃度更低、溫度更低的情況下發(fā)生了應(yīng)力腐蝕斷裂。在溫度為40℃的時(shí)候都沒(méi)有發(fā)生斷裂,這和實(shí)際的結(jié)果大體是一致的。不過(guò),含碳極低的鐵素體系鋼種雖然只發(fā)生了點(diǎn)腐蝕,但是在試驗(yàn)過(guò)程中點(diǎn)腐蝕卻停止了。此外,為了研究2%Si、2%Mo以及兩者的復(fù)合添加對(duì)于以18Cr-10Ni和18Cr-18Ni為主要成分的鋼所產(chǎn)生的影響,他們(1983年)使用同樣的點(diǎn)焊試片,在氯離子1000x10-4%(ppm)以及21000x10-4%(ppm)、溫度80℃的氣體液面上進(jìn)行了8個(gè)月的試驗(yàn),結(jié)果表明:每種鋼都發(fā)生了斷裂,雖然添加了上述元素,但還是沒(méi)能防止斷裂;不過(guò)添加2%Cu能夠防止斷裂。
此外,渡邊等(1983年)利用點(diǎn)焊試片,在氯離子50x10-4%(ppm)、溫度80℃或者120℃的條件下研究合金元素對(duì)應(yīng)力腐蝕斷裂的影響,證明了磷對(duì)19Cr-9Ni鋼的斷裂有害,而銅能夠產(chǎn)生斷裂阻力。
足立等(1988年)也通過(guò)點(diǎn)焊試片,在110~180℃、氯離子50x10-4%(ppm)的條件下進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在18Cr-12Ni鋼當(dāng)中,通過(guò)復(fù)合添加銅和硅能夠提高耐應(yīng)力腐蝕斷裂性;而添加鉬之后,耐裂性也不會(huì)降低很多,基于這一結(jié)果開(kāi)發(fā)出了18.5Cr-12Ni-3Si-2Cu-0.8Mo-0.4Mn耐應(yīng)力腐蝕斷裂不銹鋼。進(jìn)而他們(1989年)采用同樣的試驗(yàn)檢驗(yàn)了A1(~1.5%)和N(0.02%以及0.2%)對(duì)于相同鋼試樣的應(yīng)力腐蝕斷裂產(chǎn)生的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋁能夠改善耐應(yīng)力腐蝕斷裂性。將合金元素的影響歸納為圖7.15。
此外,梁等(1989年)(1990年)也采用點(diǎn)焊試片,在氯離子(0.03%、0.3%、20%)以及改變了溫度的水溶液中,將電位保持在再鈍化電位之上,然后檢驗(yàn)是否會(huì)發(fā)生斷裂。他們運(yùn)用上述方法研究P、Si、Mn、Cu對(duì)18Cr-14Ni鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂的影響,得出的結(jié)論是:?jiǎn)渭兊墓璨荒芤种茢嗔眩呛豌~復(fù)合添加就會(huì)產(chǎn)生抑制效果,這一點(diǎn)和足立等是一致的;磷是有害的,能夠降低斷裂臨界氯離子濃度和臨界溫度。此外用同樣的方法研究了P、Mo、Al對(duì)于斷裂界限溫度的影響,結(jié)果如圖7.16所示,和足立等的試驗(yàn)一樣證明了鋁的作用。
通過(guò)稀薄食鹽水進(jìn)行的應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)得出的合金元素的影響,和其他試驗(yàn)方法得出的結(jié)果相比較,如表7.8所示:合金元素的影響根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同有時(shí)結(jié)果會(huì)一致,有時(shí)會(huì)不一致。應(yīng)力腐蝕斷裂性本身并不是金屬特有的性質(zhì),而是一種在應(yīng)力和環(huán)境的相互作用下發(fā)生的現(xiàn)象,因此根據(jù)試驗(yàn)條件為酸性、中性、是否以點(diǎn)腐蝕為起點(diǎn)、是否以縫隙腐蝕為起點(diǎn)等不同元素產(chǎn)生的影響也不同是理所當(dāng)然的。因此應(yīng)當(dāng)采用接近使用條件的試驗(yàn)方法。