Ⅱ型试样的氢致开裂和应力腐蚀

用有限元法计算了Ⅱ型缺口前端的应力场和应力场强度因子KⅡ。结果表明,最大正应力和最大三向应力所在位置(θ=-110°)和最大剪应力位置(θ=80°)并不重合;最大正应力的指向和缺口延长线成α=10°。 实验表明超高强度钢Ⅱ型缺口试样能产生氢致滞后开裂,在水溶液中也能发生应力腐蚀。氢致裂纹和应力腐蚀裂纹都在最大三向应力所在位置形核,但裂纹的取向并不和该处的最大正应力垂直,而是指向该处的剪应力方向。如果没有氢,则裂纹在最大剪应力所在位置处形核,并沿最大剪应力方向扩展,即开裂角α=5°。 无论是氢致滞后开裂,还是应力腐蚀,Ⅱ型试样的规一化门槛应力强度因子均比Ⅰ型试样的相应值要高,断口形貌则和Ⅰ型试样的基本相同。     

Ⅱ型试样的氢致开裂

到目前为止,对Ⅱ型试样的氢致开裂和应力腐蚀还没有进行深入的研究。本文用超高强钢Ⅱ型缺口试样,研究Ⅱ型试样能否产生氢致开裂,研究氢致裂纹的形核位置及方向,从而加深了对氢致开裂机理的研究。同时,用有限元8节点等参元法计算了缺口前端的应力场,并用之对实验结果进行了定量分析。实验过程超高强度钢34CrNi3MoA成分为(wt-％):C=0.33,Si=0.25,Mn=0.67,Cr=0.93,Ni=2.80,Mo=0.34,其余为Fe。试样加工     

奥氏体不锈钢应力腐蚀和氢致开裂的机理

通过金相跟踪观察、力学测量及断口分析,研究了奥氏体不锈钢氢致开裂和应力腐蚀的机理.结果表明,无论是不稳定型(321)还是稳定型(310)奥氏体不锈钢,电解充氢时先产生塑性变形,当它发展到临界状态时就导致氢致裂纹的形核.但在42%MgCl_2沸腾溶液中应力腐蚀时,裂纹的形核和滞后塑性变形无关.两种(321)輿氏体不锈钢应力腐蚀的门槛值K_(ISCC)远比严重充氢时氢致开裂的门槛值K_(IH)要低.两者的断口形貌也不同,应力腐蚀是解理断口,且和K_I无关.而氢致开裂断口和K_I有关,K_I高是韧窝,K_I低则获得准解理断口.实验表明,氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀(沸腾MgCl_2介质)过程中并不起主要作用.     

不锈钢Ⅱ型单晶试样的应力腐蚀

研究了不锈钢Ⅱ型单晶试样在４２％沸腾ＭｇＣｌ＿２溶液中的应力腐蚀。结果表明，对任何晶面取向的试样，其应力腐蚀裂纹均在最大正应力处形核，而在最大剪应力位置并不发生应力腐蚀．在最大正应力位置的周围虽有滑移线，但在裂纹形核的区域并无滑移线，而在有滑移线的地方却没有宏观裂纹。观察表明，有些滑移线上存在很多蚀坑，在蚀坑较轻微的滑移线上，有许多微裂纹，这些裂纹与滑移线成一定角度（约２０°）．在应力腐蚀裂纹的形核与扩展中起作用的是位错局部塞积所形成的应力集中．位错塞积应力与电化学过程的联合作用下导致了应力腐蚀开裂，金属表面的滑移台阶虽然也会发生腐蚀，但并不起主要作用。     

奥氏体不锈钢应力腐蚀和氢致开裂裂尖区的氢浓度分布

氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀中的作用一直为人们所关注。许多工作表明,奥氏体不锈钢在热浓氯化物溶液中发生应力腐蚀时,氢可以进入试样,并对其力学性能和电化学性能产生影响,但尚无证据表明进入试样的氢量足以产生氢致开裂。另一些工作表明,氢致开裂临界应力场强度因子(K_(HIC))高于应力腐蚀开裂的相应值(K_(SCC));阴极极化延缓应力腐蚀,而阳极极化则加速应力腐蚀。就试样内的平均氢浓度来源,前者都明显高于后者,但在裂尖区的局部范围内,氢浓度的大小和分布,还很少有直接的证据。微区定氢大多是在断裂后测定断口上的氢分布,这种在应力松弛后测定的结果并不能反映应力腐蚀开裂时的真实情况。此外,断面粗糙不一,影响因素多,不便于比较。我们根据LT-IA型离子探针仪样品室的特点,设计了一套相应的夹具和试样,首次在带载情况下测定了321不锈钢应力腐蚀和电解充氢裂纹尖端区的氢浓度分布。     

氢致开裂和应力腐蚀机理的前沿问题

本文对各种氢致开裂和应力腐蚀机理进行了评述。指出,把氢促进局部塑性变形和弱键理论以及氢压理论联合起来就有可能发展新的氢致开裂机理;必须深入研究阳极溶解对位错发射,增殖和运动的影响才能提出合理的阳极溶解型应力腐蚀的机理。     

Fe-3％Si单晶Ⅱ型试样的氢致开裂

研究了Fe-3％Si单晶Ⅱ型试样在恒载荷动态充氢条件下的氢致开裂。结果表明:当拉伸轴为[001]和[(?)10]方向时。归一化氢致开裂门槛值KⅡ_H/KⅡ_x有极小值;而当拉伸轴在[(?)11)向附近时,KⅡ_H/KⅡ_x取极大值。氢致开裂都是沿(001)面的解理断口,但在空气中则可获得韧窝断口。这说明氢促进了Fe-3％Si的解理断裂。另外,观察到氢致二次裂纹的两边平面可以发生上下、前后的错动,这表明在氢致解理开裂过程中发生了严重的氢致滞后塑性变形。从氢助塑性的观点讨论了氢促进解理断裂的原因。     

不锈钢应力腐蚀开裂综述

应力腐蚀开裂一直以来是不锈钢领域的重要研究课题,也是许多行业亟需解决的工程问题。应力腐蚀开裂是材料、环境和应力三者相互作用的结果,由于其复杂性,目前人们对不锈钢发生应力腐蚀开裂的机理尚存在许多不同的见解,但是经过近一个世纪的研究,从材料选择、环境控制等方面入手,预防不锈钢发生应力腐蚀是能够达到的。综述了应力腐蚀开裂的特征、机理和三个影响因素(应力、材料和环境)。对应力腐蚀的阳极溶解机理和氢致开裂机理进行了概述,阐述并探讨了不锈钢应力腐蚀开裂的滑移溶解机理、氧化膜开裂机理以及氢致开裂机理。归纳了组织结构对不锈钢应力腐蚀的影响,分析了材料成分如(Ni、Mo和N)的添加与应力腐蚀敏感性的关系,总结了环境因素在应力腐蚀中的作用,对特定介质中不锈钢的应力腐蚀规律进行了归纳,并探讨了温度变化对不锈钢应力腐蚀的影响。介绍了近年来关于控制不锈钢应力腐蚀开裂方法的研究进展,如晶界工程、细化晶粒以及涂层等。最后展望了不锈钢应力腐蚀开裂未来的研究方向。     

扭转试样的氢致滞后开裂

无裂纹扭转试样充氢后在恒定的扭矩作用下能产生氢致滞后开裂。顺时针扭转时裂纹面和扭转轴成45°;反时针扭转则沿-45°面产生裂纹。计算表明,如果氢原子在α-Fe中的应变场是非球对称的,则氢原子的应变场和扭转应力场之间存在有互作用能,而且在45°面(顺时针扭转时)上具有极小值。这就将导致氢原子向45°面扩散和富集,当其浓度达到临界值时就会引起氢致滞后开裂。对于充氢的缺口或预裂纹扭转试样(即Ⅲ型裂纹)上述结论也成立。     

某海上平台硫化氢应力腐蚀开裂及氢致开裂腐蚀敏感性分析

海上某平台在开发后期发现工艺流程中出现硫化氢,考虑到平台设计时未按照硫化氢平台进行设计,为保证平台设备的安全性,通过硫化氢、硫化物和pH检测,确定了主要工艺流程中设备的湿硫化氢环境类型。根据硫化物应力腐蚀开裂及氢致开裂的相关试验标准对处于硫化氢环境下设备开展了敏感性验证,试验结果表明,当前硫化氢含量下,平台设备具有抵抗硫化氢腐蚀的能力。     

1Cr13不锈钢的应力腐蚀开裂和应力腐蚀的缓蚀剂

研究了在酸性氯毁子溶液中抑制1Cr13不锈钢应力腐蚀开裂的缓蚀剂,研究表明这种不锈钢的应力腐蚀开裂受氢脆机理所控制,抑制应力腐蚀开裂的缓蚀剂均抑制了阴极过程,这是与奥氏体不锈钢的结果不同的,对于奥氏体不锈钢抑制应力腐蚀开裂的缓蚀剂均抑制了阳极过程     

纯铝基复合材料的应力腐蚀与氢致开裂

采用双悬臂梁（DCB）恒位移试验方法，Ⅱ型恒载荷试验方法以及慢为速率拉伸（SSRT）试验方法对纯Al复合材料的应力腐蚀与氢致开裂行为进行了研究，结果表明，在不发生应力腐蚀与氢致开裂的纯铝中加入20％（体积分数，下同）的SiC晶须或Al18O33晶须后就会发生应力腐蚀及氢致开裂。     

Fe3Al氢致开裂和应力腐蚀的TEM原位观察

利用恒位移加载台，在ＴＥＭ中原位观察了Ｆｅ３Ａｌ薄膜试样充氢和应力腐蚀前后裂尖位错组态的变化，以及位错对裂纹形核的影响。结果表明，氢能促进裂尖发射位错，促进位错的增殖和运动，并使无位错区增大，当位错发射，运动发展到临界状态时，就会导致氢致裂纹的形核与的扩展。对氢促进位错发射，增殖和运动的原因进行了探讨。     

应力分量对黄铜Ⅱ型缺口试样应力腐蚀的影响

用Ⅰ型缺口试样研究丁黄铜在含5 g/l cucl_2的1 N NH_4OH 水溶液中应力腐蚀时应力分量的作用。由门槛值的测量、交变载荷的作用、室温蠕变的影响、断裂过程的金相观察及断口形貌等结果,可以确认;黄铜不论是在氨水中应力腐蚀或腐蚀疲劳,还是在空气中疲劳,裂纹都从Ⅱ型缺口试样的最大正应力处(0=-110°)萌生,并沿该处的最大剪应力方向(α=-35°))扩展。这表明,正应力在这种应力腐蚀体系中起主导作用,这和正应力能促进阳极溶解过程有关。     

304不锈钢热水管应力腐蚀开裂分析

针对304不锈钢热水管道发生腐蚀泄露的现象,通过化学成分分析、金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等分析手段,对泄露热水管道的成分组成、显微组织、裂纹形貌及腐蚀产物成分进行了检测分析。分析结果表明:应力腐蚀开裂是造成该304热水管腐蚀泄露的主要原因,这是由管壁受到的应力以及环境中的氯离子共同作用所引起的。     

探究不锈钢常压容器应力腐蚀开裂

目前,应力腐蚀裂纹已成为工业(特别是石油、焦化行业)的压力容器中越来越突出的问题。据统计,压力容器设备的焊接结构中破坏事故主要是由腐蚀引起的脆化,如应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳及氢损伤或氢脆等,其中约半数为应力腐蚀裂纹。但由于应力腐蚀裂纹多发生在压力容器工作后的一段时间,很多压力容器制造企业只注意出厂前的射线检测合格率,没有在腐蚀方面给予足够重视,造成泄漏事故时有发生。     

304不锈钢焊管应力腐蚀开裂原因

某公司不锈钢焊管使用过程中出现大面积开裂泄露。采用宏观检验、化学成分分析、金相检验、SEM、EDS能谱分析等方法,对该管道的开裂泄露进行失效分析。结果表明,该焊管的开裂主要为氯离子应力腐蚀开裂。焊管成型后未热处理造成的残余应力、管外面橡塑保温材料释放出的氯离子共同造成了该不锈钢焊管的应力腐蚀开裂。     

低合金高强度油管应力导向氢致开裂腐蚀失效分析

对肯基亚克(Kenneyak)油田油管腐蚀情况进行了调查研究,对其油管和接箍腐蚀形态进行了分析,结合油管理化性能和腐蚀形貌表面物理分析,对铬-钼系低合金高强度钢油管腐蚀机理进行了深入的研究。结果表明,油管接箍外壁腐蚀是由于环境氢损伤引起的,主要是H2S腐蚀,包括环境剥蚀和内部氢致开裂(HIC);断裂是由于应力导向氢致开裂,即SOHIC所致。同时认为硬度小于HRC22的SM90SS这类低合金高强度抗硫钢油管也倾向于发生应力导向氢致开裂。分析结果对于防止油管腐蚀穿孔和/或开裂、保护油井安全具有实用价值。     

奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂研究进展

奥氏体不锈钢广泛地用作石化、煤化工、电力、造纸、化学等行业主要设备和管道的材料,在煤化工、石油化工等复杂和恶劣的服役环境下,不锈钢材料的设备和管道出现腐蚀失效的问题仍屡见不鲜,尤其是应力腐蚀开裂失效最为突出。本文从氯离子含量、温度、pH值、氧气、有害介质等方面论述了奥氏体不锈钢氯化物应力腐蚀开裂的主要影响因素,探讨了奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的安全评定和现场检测的方法,并从工程实践方面提出了减缓奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的具体措施。     

B_2型Fe_3Al金属间化合物的应力腐蚀和氢致开裂SCIEI

用ＷＯＬ恒位移试样研究了Ｂ_２结构的Ｆｅ_３Ａｌ和Ｆｅ_３Ａｌ＋Ｃｒ的应力腐蚀和氢致开裂．结果表明，水中应力腐蚀的门槛值和裂纹扩展速率均高于动态充氢时的相应值加Ｃｒ能提高Ｆｅ_３Ａｌ的Ｋ_（ＩＣ），Ｋ_（ＩＳＣＣ）和Ｋ_（ＩＨ）．氢致开裂断口随Ｋ_Ｉ下降由解理向沿晶转变，水中应力腐蚀则全是解理断口，这与Ｋ_（ＩＳＣＣ）较高有关．