[发明专利]缓解奥氏体固体溶液强化不锈钢中应力腐蚀开裂的方法

说明书

发明背景

[0001]本发明总体涉及缓解奥氏体固体溶液强化不锈钢中应力 腐蚀开裂的方法。

[0002]在例如核反应堆、蒸汽驱动轮机或水除氧器的应用中， 高纯水或水/蒸汽系统中的高温可变成侵蚀性的环境，可通过一般腐 蚀或应力腐蚀开裂(SCC)给结构材料带来负面影响。例如，高温水可 以使例如不锈钢、镍-铁基合金和镍基合金的材料发生应力腐蚀 SCC。在某些腐蚀性环境，特别是高温下含氯化物或含硫酸盐的环 境的存在下，当材料经受外加或残余的张应力时，会发生SCC。这 些应力可源于部分之间热膨胀或收缩上的差别，相对高的或变化的 操作压力，或者他们可以是部分或系统的生产或组装过程中进行的 各种工艺所产生的残余应力。除了应力之外，部分或系统生产或组 装过程中产生的残余塑性应变可使材料更易发生SCC。例如，SCC 可源于焊接、冷加工及其它热机的金属处理所产生的残余应力。应 力腐蚀开裂还包括与腐蚀同时作用的静态或动态张应力所导致的开 裂。水化学、焊接、热处理和辐射都可增加金属或合金部分对应力 腐蚀开裂的易感性。

[0003]粒间应力腐蚀开裂(IGSCC)是局部化开裂，其发生在负 荷下侵蚀性环境中易感材料的晶界处。粒间滑阶(slip step)氧化反应 削弱晶界，然后晶界在外加负荷下打开并形成物理开裂。开裂发展 几乎没有或没有塑性变形的迹象，很可能发生部分破坏。IGSCC的 发生通常需要三个同时存在的条件：材料化学组成或晶界微观结构 的局部变化，残余或外加应力，和暴露于腐蚀性环境中。所有这些 关键因素都可促成应力腐蚀开裂的形成和发展。例如，一种常见的 敏化形式，是由焊接热循环所致，焊接后冷却速度慢，足以使富铬 碳化物在晶界处析出。碳化物的析出，耗竭铬的相邻晶界到一定程 度，使得它们不再具有抗腐蚀性。因此，在化学侵蚀性水环境和张 应力存在下时，在原本抗腐蚀的材料中，在这些晶界处可能发生 SCC。

[0004]IGSCC相关研究已产生处理这些各种诱因的多种缓解方 法。一种缓解在例如沸水反应釜中易感材料应力腐蚀开裂的方法， 是通过应用氢水化学(HWC)，这包括向反应釜给水中加入氢气。氢 的加入降低了氧化性物的水平，例如溶解的氧和过氧化氢，从而降 低应力腐蚀开裂的易感性。不幸的是，氢水化学技术可能需要大量 的氢，以有效降低各种部分中的应力腐蚀开裂易感性至可接受水 平。

[0005]将不锈钢、高铬超级不锈钢、Fe-Ni-基和Ni-基合金与铬 组成合金，以获得总体抗腐蚀性，但是如果Cr加入量不足以在腐蚀 性环境中维持稳定的氧化膜，或者如果微观结构变化产生了低铬浓 度区域，则这种方法不能缓解SCC。一个问题是，这些材料在其预 期操作温度下可能微观结构上不稳定，或者可能经受热处理或焊接 以产生SCC易感的微观结构。缓解SCC所用的一种方法，是向腐 蚀性环境中连续加入氧化物强化或稳定化元素。另一种方法利用加 入催化性元素(例如铂)，以在腐蚀性环境中产生氢，氢在水中还原自 由氧，从而将其腐蚀诱导作用降至最低。这种方法的一个问题是它 需要终端使用者参与主动维持SCC缓解策略。此外，它会产生部分 或设备寿命期间的额外操作费用。

[0006]因此，仍然需要新方法以缓解应力腐蚀开裂。

发明简述

[0007]本文公开了对抗Fe-Ni-Cr合金材料粒间应力腐蚀开裂的 方法。

[0008]在一个实施方式中，本发明提供了对抗Fe-Ni-Cr合金材 料粒间应力腐蚀开裂的方法，该方法包括对Fe-Ni-Cr合金材料进行 敏化处理，在晶界界面处形成碳化物沉淀，并在碳化物沉淀附近形 成贫铬区，将敏化Fe-Ni-Cr合金材料加热至一定温度和时间，有效 地使铬扩散到贫铬区中。

[0009]在另一个实施方式中，本发明提供了在晶界界面处有碳 化物沉淀且在碳化物沉淀附近有贫铬区的敏化Fe-Ni-Cr合金材料的 处理方法，所述方法包括：将敏化Fe-Ni-Cr合金材料加热至一定温 度和时间，有效地使铬从Fe-Ni-Cr合金材料的晶粒基质(grain matrix) 扩散到贫铬区中，其中对粒间应力腐蚀开裂的抵抗性相对于无加热 的敏化Fe-Ni-Cr有所增加。

[0010]本文所公开部分和方法的特征和好处，参考以下附图和 详述以及这里所包括的实施例，可更易于理解。

附图简述

[0011]以下附图，其中同样元素的编号相同，为例证性目的。