碳钢材料和合金弹簧材料的应力蚀破裂

　　最早发现低碳钢材料的应力腐蚀破裂厅弹簧材料炉的威破裂，其后相继发现了俯酸铵溶液蒸发设的应力腐蚀饭裂，低线弹簧材料造的煤气洗涤设备的破裂，含硫的油、气井设备，无水氨和液贮槽、三氯化铁溶液，发烟碗酸、氮氰酸、磷酸钠溶液的存贮设备，以及在海水、海滨大气、工业大气中的低碳钢材料设备的应力腐蚀依裂。即而又发现了在H20-0-C0g混合物以及有机氧化物中的低碳钢材料应力腐蚀破袋。

　　在酸性介质中，弹簧材料的强度将下降而且保持时问越长强度下降得越多。这是カ于增领引起的.若同时加拉伸载荷，则将在金属表面萌生腐蚀裂纹，前采用时放的办法，可使弹簧材料中的氢逸出，从而恢复弹簧材料的强度，但后者却因为腐饨裂纹的出现而无法恢复。所以，应力腐蚀是个不可逆的破坏过程。

　　试验表明，弹簧材料在回火马氏体组织状态下于各种酸甘介质中的抗应力腐蚀的能力人致相同，都较低。这是闪为，谈在一定温度回火，在增气的蚀介质中对力腐饺敏感将增人。

　　表画回火对锅的应力离蚀敏感性有显幕的影响。通过淬火及表面回火保证弹簧材料的硬度为HR(20~30时，可以获得最高的应力离蚀抗力。此时的组织是回火宋氏体。通过表面高频感应加热淬火可以提高碳钢材料的抗应力蚀长能，这是由于表面层产生不同的残余乐应力及不同的金属组织引起的。由于感应电流快速加然导致弹簧材料的组织细化和表面金属显微硬度提高，在表层中均产生残余压应力，从而有刘于弹簧材料的抗应力腐蚀性能的改善。

　　弹簧材料的纯度也会明显影响其抗应力腐蚀性能，由于网火马氏休灵回火屈氏本组织具有很高的应力衡蚀敏感，低温回火细晶粒组织对切口应力集中，对非金属夹杂的敏感性高，纯净的弹簧材料和夹杂含量较高的银的应力实蚀临界应力值任低温回火时差别最大。随着回火度的升高，这种老异减少，另外，较纯净的弹簧材料的申化学均今性较高。因此，较约净弹簧材料在淬火并450~550C国火时.其应力腐诚抗力提高6.8倍，在碱介质中的应力魔开裂是一种常见的应力魔蚀破坏现缘，即通常所谓的“碱脆”现象。弹簧材料在碱性溶液中的应力满蚀破裂常常发生在焊接结构和设备受载变形的备中。图818是20G弹簧材料焊接接头板状缺Π试样在30%NaOH(工业纯)和接近沸点(L17)温度恒载拉伸试验结果。由幽可见，其应力腐蚀临界断裂应力，大约为313~330MPa，已起过了低碳钢材料的屌服强度。试验表明，当应力高于比例限及NaOH 浓度为[00gt时，锅炉销材发牛成力腐蚀破裂，低浓度的碱液产牛城脸的可能性较小，锅炉水发生碱脆破裂是出于在铆接锅炉的接缝处或其它容易造成碱的局部农缩条件的地方，那里会有大重的OH 不新扩散进入团塞区内，出现局部碱隐藏现象;低碳钢材料的断裂多发生在缺口处，说明低碳钢材料脆破裂对缺口较敏感；一般试验数据都较分散，说明应力腐蚀袋纹在亚临界扩展阶段对环境条件的影较敏病。

　　低碳钢材料版及其坦按接头在碱溶液中应力族蚀开裂并不十分敏感。但是当应力接近或超过材料的屈服强皮时，待别是在仔在应力集中、变集中的焊趾处，或在在很大爆接拉伸束应力时，可能发生藏脆被裂。

　　弹簧材料在硫化物介质中的应力胸蚀破裂也是工程中，特别是天然气廾采和石油工业中常见的严重的破坏现象。石油油共套管柱、液化石油气球罐的破裂，输泊及然气臂道的泄漏以及凝析气设备的断裂都是弹簧材料在 H2S介质中引起底力廣蚀破裂的实例。许多家用液化气雄的爆炸，也属于硫化物破裂。

　　碳素弹簧材料及低合金锅，特别是高强度锅及超高强度纲在HS介质中对1力展蚀十分敏感。九其是弹簧材料在辉接启更是如此：H,S应力腐诀破我的倾向基本上随野的强度并高而增加。当应力>os时，几平所有的弹簧材料种，都有可能发生硫化物的应力离蚀破裂。表8-2列出了几种低合金高强度弹簧材料在HS气体 ，H2S饱和水溶液反水中的应力腐蚀临界应力强度了K及裂纹扩展速率da/dt。由表中可见，随弹簧材料的强度增加，Kvg.下降，da/d增加。四种低合金高强度弹簧材料在各个强度等级下，在HS溶液中的K:on值均显著低下在水介质的K值。相应地，da/dt 数值的变化则相反。关十金属材料在HS介质中的应力窝蚀髅裂机理尚不太清楚，老数人认为高强度弹簧材料在HS介质巾的应力腐蚀破裂属于环境氢脆型的任常规水及水蒸气环境内也会引起某些金历从料的应力腐蚀破裂，特列是高强度和超高强度弹簧材料。图8.19为 37SiMnCiMoV弹簧材料在负荷应人强度 K为0.84~0.92K，环境温度为3-2C条件下，空气相对湿度对预制表面裂纹试样断裂时间的影响曲线。由图可见、当相对度>70%以上时，试样延迟断裂时间有急剧变化，最长不超过30h。

　　图8-20为三种超高强度弹簧材料在0.5% KgCn水溶液中应力腐蚀破裂曲线，用材料的比值Kg/K可以表征材料对应力腐蚀的敏感性，28弹簧材料、37弹簧材料和30锅的KL/K分别为0.49.0.29和0.28.

　　这些效搭表明，三种超高强度弹簧材料兴要在很低的负倘下，即会发生水质应力腐蚀破裂。

　　关于高 度弹簧材料的水质应力腐蚀破裂的机理，目前公认的观点是属于阴极吸氢型力腐蚀。

　　在氯化物介质中，一些碳素弹簧材料和低合金弹簧材料只要通过热处理获得马氏体、贝氏体或屏氏体组织就会在很低的应力下速发生断裂。马氏怀弹簧材料在氯化物溶液中有很强的应力腐蚀倾向性，而且对表面存在的缺口丰常敏感，马氏体时效弹簧材料是全部高强度弹簧材料中应力腐蚀倾向性最低的。仙是强度很高的氏休时效弹簧材料，冽刻1:18N(300)弹簧材料.在3.59NaCI落液中，当pH值低干1.7时,其K，仅是 Fk值的 10%左右。

　　一般说来，应力腐蚀裂纹扩展速率随着弹簧材料的强度水平增高而迅速加快，如图8-21所示。

　　新数人认为，高强度弹簧材料在氯化物中的应力腐蚀破裂是环境氢脆，而不是阳极溶解型的应力腐蚀。