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碳鋼和低合金鋼的氨脆及控制措施

2021-08-31 11:55:00 作者：工業(yè)小南點來源：工業(yè)小南點分享至：

碳鋼和低合金鋼的應(yīng)力腐蝕

碳鋼和低合金鋼的氨脆

氨致SCC指碳鋼、低合金鋼在無水氨中，銅合金在濕的氨氣氛中發(fā)生的SCC（Ammonia Stress Corrosion Cracking）[1]。

液氨分為3個等級，它們的含氨量分別為：農(nóng)業(yè)用液氨含質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5%NH3、冷凍級含量99.95%NH3、冶金級含99.995% NH3，不論在哪個級別的液氨中，低碳鋼和普通低合金鋼都會產(chǎn)生SCC。

01 氨脆機(jī)理

液氨SCC為穿晶型。不論是在氣相或液相中，除含NH3外，還必須同時含有O2和N2，只要缺任何一種，SCC均不能發(fā)生。

鋼在液氨中的SCC機(jī)理如圖4-125所示。在含氧的液氨中，鋼表面吸附氧形成氧膜，使腐蝕電位Ecorr很正；當(dāng)材料受拉力應(yīng)變后，膜被破壞。暴露出的新鮮表面（滑移階）與有氧膜的金屬表面組成微電池，產(chǎn)生快速溶解。

在沒有其它雜質(zhì)存在時，O2能在裸露金屬表面上再成膜，抑制SCC的產(chǎn)生。而當(dāng)氨中同時溶有N2時，由于N2與O2在滑移階上產(chǎn)生了“競爭吸附”，阻止部分裸露滑移階的再鈍化，從而增加鋼的SCC敏感性。

圖4-125 鋼在液氨中的SCC機(jī)理

a.氧膜的擇優(yōu)形成；

b.在滑移階上Fe溶解，O2又在滑移階上吸附成膜；

c. N2與O2發(fā)生了競爭吸附，使滑移階仍然保持活性。

02 氨脆影響因素

a.介質(zhì)影響。

影響液氨SCC的主要介質(zhì)因素是O2、N2和H2O的含量。氧的含量為0.9～9μg?g-1時可以導(dǎo)致開裂，有液氨中混有較多的氧，反而可抑制SCC；N2起著在滑移階上與O2競爭吸附作用，無論濃度多大，對SCC都起促進(jìn)作用。液氨中含水量大于1%，可以抑制SCC。

液氨溫度的影響。在15～30℃范圍內(nèi)，100h以內(nèi)斷裂，且溫度愈高，斷裂時間愈短；低于10℃或高于30℃，500h不斷；在0℃和-10℃，1000h也不斷。

b.材料因素影響。

如圖4-126所示，鋼的抗拉強(qiáng)度愈高，斷裂的敏感性愈高，經(jīng)實驗證明，抗拉強(qiáng)度應(yīng)在588MPa以下，抗SCC性能好。材料硬度愈高，SCC的敏感性愈高；441～549MPa級的碳鋼及588～784MPa級的普通低合金鋼淬火后在300～400℃以上回火，都無液氨SCC的敏感性。