应力腐蚀破裂CLSCC是奥氏体不锈钢,尤其是常用的304、316最常见的失效模式.
氯离子质量分数、温度的影响如表
注:表中氯离子浓度、pH和温度为整个服役期间(包括水压、使用、维修)可能存在的最高质量分数和温度。
表：氯离子质量分数、温度对304L的CLSCC的影响
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序号 |
温度 |
氯离子质量分数 |
风险级别 |
备注 |
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1 |
10~38℃ |
1ppm~10ppm |
低风险 |
pH≤10 |
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2 |
10~38℃ |
11ppm~100ppm |
低风险 |
pH≤10 |
|
3 |
10~38℃ |
101ppm~1000ppm |
低风险 |
pH≤10 |
|
4 |
10~38℃ |
>1000ppm |
中风险 |
pH≤10 |
|
5 |
10~38℃ |
存在浓缩、沉积、蒸发 |
高风险 |
pH≤10 |
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6 |
>38~66℃ |
1ppm~10ppm |
低风险 |
pH≤10 |
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7 |
>38~66℃ |
11ppm~100ppm |
中风险 |
pH≤10 |
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8 |
>38~66℃ |
101ppm~1000ppm |
中风险 |
pH≤10 |
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9 |
>38~66℃ |
>1000ppm |
高风险 |
pH≤10 |
|
10 |
>38~66℃ |
存在浓缩、沉积、蒸发 |
高风险 |
pH≤10 |
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11 |
>66~93℃ |
1ppm~10ppm |
中风险 |
pH≤10 |
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12 |
>66~93℃ |
11ppm~100ppm |
中风险 |
pH≤10 |
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13 |
>66~93℃ |
101ppm~1000ppm |
中风险 |
pH≤10 |
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14 |
>66~93 |
>1000ppm |
高风险 |
pH≤10 |
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15 |
>66~93℃ |
存在浓缩、沉积、蒸发 |
高风险 |
pH≤10 |
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16 |
>93℃ |
1ppm~10ppm |
中风险 |
pH≤10 |
|
17 |
>93℃ |
11ppm~100ppm |
高风险 |
pH≤10 |
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18 |
>93℃ |
101ppm~1000ppm |
高风险 |
pH≤10 |
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19 |
>93℃ |
>1000ppm |
高风险 |
pH≤10 |
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20 |
>93℃ |
存在浓缩、沉积、蒸发 |
高风险 |
pH≤10 |
引用来源: GB/T
20801.2-2020 (C.6.4)
氯化物应力腐蚀破裂机理和规律如下:
a)氯化物应力腐蚀破裂是奥氏体不锈钢，尤其是常用的304、316最常见的失效模式。发生氯化物应力腐蚀破裂的机理，尤其在其诱发孕育期大都与点蚀基本相同，都经历了钝化膜被击穿，随后经“自催化过程”形成蚀坑，其后在应力与温度的作用下，在缺陷(蚀坑或裂纹)尖端“自催化过程”更为加剧、金属快速溶解，形成穿晶带树枝状分枝的裂纹，裂纹间隙的电子探针可见高浓度的氯化物腐蚀产物。奥氏体不锈钢发生CLSCC的应力阈值较低，且一般由冷作应力或焊接残余应力引起，与载荷应力关系不大。
通过氯化物应力腐蚀破裂概率与含镍量的关系图，可见:
1)300系列奥氏体不锈钢对氯化物应力腐蚀破裂最为敏感。304的CLSCC阈值温度20℃左右，316阈值温度50℃左右。
2)双相钢、铁素体不锈钢及含镍Ni量30%以上的镍基合金对氯化物应力腐蚀破裂几乎是免疫的。
3)提高含钼Mo量可提高CLSCC阈值温度，含6%Mo的AL-6XN的CLSCC阈值温度达240℃左右。
b)从腐蚀环境(介质)来看，氯离子浓度越高、pH越低，CLSCC发生的概率越高;但从含几百万分之一氯离子直至几百分之一、pH从1~10都有发生CLSCC的事例。在破裂断口的腐蚀产物分析可见:氯离子可浓缩数百倍达数百分之一、pH≈0。可见除了自催化过程外，氯离子的沉积、蒸发、干湿交替是诱发点蚀及CLSCC的重要因素。导致发生CLSCC的氯离子质量分数往往取决于整个服役期间(包括水压、使用、维修)的最高质量分数。
C)60℃以上温度越高，CLSCC发生的概率越高;导致发生CLSCC的温度往往取决干整个服役期间(包括水压、使用、维修)的最高温度。以60℃~80℃作为点蚀及CLSCC的分界点，主要归因于:
1)温度越高，SCC的腐蚀速率加快且超过点蚀的腐蚀速率，因此失效模式就表现为CLSCC；
2)温度越高，氯离子的浓缩概率越大。60℃以下CLSCC发生的概率较低，而点蚀的概率较高，但在临界条件也有常温发生CLSCC的案例。
氯化物应力腐蚀破裂的影响因素如下:
a)氯离子质量分数、温度的影响如表C.3所示。
b)下列情况将提高表C.3的CLSCC风险等级:
1)材料敏化;
2)表面质量差(钝化膜完整性、酸洗钝化、污染、氧化色、机械损伤等);
3)铁离子污染;
4)材料纯净度差;
5)冷作变形或易切削级不锈钢
6)已存在点蚀或锈斑;
7)存在缝隙、未焊透之类结构缺陷。
8)频繁开停车或温度波动。
氯化物应力腐蚀破裂的对策如下:
a)规避不利因素，降低CLSCC风险等级
b)非金属涂层或热喷铝，包裹铝箔应对外壁CUI
c)采用点蚀指数(PRE)更高的材料或氯化物SCC概率与含镍量关系图所示对CLSCC免疫的材料:
d)缓蚀剂或阴极保护;
e)在未彻底清除氯化物应力腐蚀破裂区域前，不能采取焊补措施。
