奧氏體不銹鋼在氯離子溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼因其優(yōu)良的性能而大量應(yīng)用于鍋爐、廢熱鍋爐、反應(yīng)器、換熱器、壓力管道等承壓設(shè)備，這些承壓設(shè)備在氯離子介質(zhì)中使用時易受到氯離子的侵蝕作用，進而發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。本文針對在氯離子溶液中使用的承壓設(shè)備，選取常用的4種奧氏體不銹鋼材料（S31008、S34778、S30403和S31603）作為研究對象，來研究其應(yīng)力腐蝕開裂特性。奧氏體不銹鋼在不同溫度和壓力下的氯離子溶液中的應(yīng)力腐蝕性能研究不僅為現(xiàn)有奧氏體不銹鋼承壓設(shè)備的使用和維護提

2、供了依據(jù)，而且為以后奧氏體不銹鋼承壓設(shè)備的設(shè)計制造及選材提供了指導(dǎo)。
　　通過有限元法對彎管內(nèi)流場進行了分析，獲取了流體在各內(nèi)壁面處的壓力分布情況，結(jié)果顯示，在彎管內(nèi)側(cè)內(nèi)壁面壓力最小，外側(cè)內(nèi)壁面處壓力最大，但是壓力變化值很小，可以忽略不計，驗證了在彎管模型內(nèi)表面裂紋的斷裂力學計算時，將彎管內(nèi)壓統(tǒng)一設(shè)定為流體壓力的合理性。采用ANSYS的靜力分析模塊對彎管模型的內(nèi)壁表面橢圓形裂紋進行斷裂力學計算，獲取了裂紋處應(yīng)力強度因子數(shù)值。結(jié)果表

3、明，裂紋中部的應(yīng)力場強度最大，往兩側(cè)逐漸減小。
　　采用慢應(yīng)變速率拉伸方法在不同環(huán)境下和電化學測試法在同一環(huán)境下對四種不銹鋼材料進行試驗研究，并對慢拉伸斷裂試樣進行SEM觀察。對帶有點蝕坑的慢拉伸試驗試樣進行三維建模，數(shù)值分析了恒應(yīng)變拉伸過程中帶點蝕坑和裂紋缺陷試樣的應(yīng)力分布情況，預(yù)測裂紋的擴展方向。結(jié)果表明，當有點蝕坑存在時，在點蝕坑的中部出現(xiàn)了應(yīng)力集中且垂直于受力方向，所以裂紋最可能出現(xiàn)在此處，并沿著垂直于受力方向發(fā)展。當裂紋

4、出現(xiàn)以后，在裂紋的底部和尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中，加快了裂紋的擴展。
　　對不銹鋼材料在不同環(huán)境下的慢拉伸試驗和電化學試驗結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明，在腐蝕環(huán)境下，奧氏體不銹鋼試樣斷口表面不同程度地出現(xiàn)了解理臺階、撕裂脊線、魚骨狀花紋等脆性斷裂的形貌特征。(1) S31008不銹鋼在氯離子溶液中，隨著溫度升高，其抗應(yīng)力腐蝕性能先升高后又降低，在120℃時，達到最佳;壓力提高有助于S31008不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能的改善。(2) S34778

5、不銹鋼在試驗環(huán)境下，隨著溫度升高，其抗應(yīng)力腐蝕性能先降低后又升高，在260℃時最差。但壓力對S34778不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能影響不明顯。(3) S30403不銹鋼在氯離子溶液中的抗應(yīng)力腐蝕性能隨壓力的升高而增強，隨溫度的升高而下降。(4) S31603不銹鋼在氯離子環(huán)境中，隨著溫度升高，材料的應(yīng)力腐蝕性能逐漸降低，提高壓力明顯改善了其在氯離子環(huán)境中的抗應(yīng)力腐蝕性能。(5)在常溫常壓NACE溶液中，四種不銹鋼材料的耐腐蝕性能強弱順序為: