不銹鋼制的機器、配管等由于外圍大氣層的緣故而發生應力腐蝕斷裂,這一點很早就為人們所認識了。根據美國DuPont公司1950年發布的報告,僅他們公司本身就發生了40起同類事例。這種斷裂一般被稱為外應力腐蝕斷裂(external stress corro-sion cracking,略稱ESCC),發生位置主要分為兩類:一種是斷裂發生位置表面有保溫材料的時候;另一種是沒有保溫材料,在裸露不銹鋼上直接發生。前者主要是雨水等通過外部的保溫材料(用來保護內部流體的溫度)達到鋼表面,雨水和保溫材料中的氯離子凝聚在表面從而引起斷裂。因此以美國為主,主要通過Wick試驗和MIL規格試驗來研究各種因子的影響,后來決定要把重點放在保溫材料的選定而不是材料上。這種斷裂就本質上來說是水溶液中的應力腐蝕斷裂,此外,大久保對此也發表過評論,這里省略不提。下面主要探討一下裸露表面發生的斷裂問題。


 在海邊的化學工廠里,內部液體溫度較低且外部沒有保溫材料的SUS304鋼制器具、配管等,曾經發生過由大氣造成的晶間斷裂現象。與外部有保溫材料的斷裂相比,這尚屬新問題,在日本大概是1975年以后才出現。1981、1982年曾有這類事例報告,而且其他地方也出現過同類事例,從而引起人們的關注,因此在1984年(社)化學工學協會化學裝置材料委員會的腐蝕分科會上,對由ESCC造成損傷的實際情況進行了調查。根據此次調查結果,在110例損傷事件中有47例(接近半數)是在裸露使用(外部沒有保溫材料)情況下發生的斷裂,問題非常嚴重。根據此調查報告,損傷的部位多見于焊接部分的熱影響部位,材料幾乎全部是SUS304型鋼,內部液體的溫度半數集中于50℃以下(外部有保溫材料的情況下為50~150℃),斷裂形態雖有穿晶裂紋,但大部分屬于晶間斷裂。此外其表面還附著有大量的氯化物。


 目前,針對影響斷裂因素的實驗室研究正在進行。中村在1985年針對損傷事例的解析結果及實驗室中鹽水噴霧-干燥的反復試驗結果做了報告。此份報告從事例解析人手,認為由大氣造成的斷裂是材料反應的敏化、大氣中所含的海鹽粒子及材料表面的生銹等因素相互作用的結果,進而通過1%NaCl+0.5%H2O2水溶液中的干燥反復噴霧試驗,再現了這一斷裂現象,表明在敏化熱處理之前進行低溫加工,使SUS304鋼預先發生形變,這樣其粒界斷裂的敏感性會大大增強。此外,該報告還證實了低碳化及穩定化不銹鋼、帶有表面樹脂涂層的SUS304 型鋼具有抗斷裂性能。此外,同年(1985年),笠原等人在英國ICI社研究的基礎上,用50℃的人工海水對U字形敏化304鋼做了100天的連續噴霧試驗,證實了鋁箔對生銹的304鋼具有擦光效果。


 另一方面,莊司等人(1986年)把含有各種氯化物的滴液滴在尚未敏化的SUS304及SUS316L鋼的U字形試驗片上,并把這些試驗片置于50~70℃的環境下進行試驗,結果發現根據氯化物種類的不同,在各自固有的濕度下最容易斷裂,由海水引起的斷裂是MgCl2作用的結果。之后,他們(1989年)用兩年的時間在室內溫度下進行了同樣的試驗,結果只有滴有NaCl溶液的試驗片沒有斷裂,而滴有人工海水或MgCl2溶液的試驗片在30%~40%左右的相對溫度下就會發生斷裂。


圖 17.jpg


 1987年竹本等人認為造成已敏化的SUS304 低溫斷裂的有害因素除了大氣中存在的氯離子之外,還包括因焊接和焊接后的表面處理而產生的氟離子,就此他們做了試驗,結果表明氟離子極為有害,正如圖7.17 所示,即使在0.00001%~0.0001%這樣較低的濃度下,也是有害的。而且,梅村等(1987年)為了明確影響斷裂的因素,對已敏化的SUS304 進行了大氣暴露試驗和實驗室性質的研究。其中,大氣暴露試驗的結果表明與被雨淋的環境相比,沒有直接被雨淋的環境更易導致斷裂的發生,進而他們得出了與上述莊司等人相同的結論:溫度、濕度、鹽的吸濕性等影響鹽干燥程度的條件是影響斷裂的重要因素,特別是海鹽粒子中所含的MgCl2使得SUS304極易斷裂。


 進而,都島等(1987年)在海邊做了兩年的暴露試驗,來研究敏化熱處理與各種涂漆對304不銹鋼304L不銹鋼316不銹鋼316L不銹鋼斷裂的影響,結果發現只有敏化的未經噴涂的304鋼才會發生斷裂,從而證明了噴涂能有效防止斷裂。


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 根據上述研究結果,我們也能明確解釋導致ESCC在裸露使用情況下產生斷裂的原因,而防止斷裂的對策也正如中原、尾崎所做的表7.9(1991年)所示。表7.9也列出了使用保溫材料時的對策,但不管何種情況,現在都采用可信度較高的噴涂法,因為這一辦法尚未得到充分的證明,所以今后也值得予以關注。