BăGIÁOăDỤCăVÀăĐÀOăTẠO

TRƯỜNGăĐẠIăHỌCăBÁCHăKHOAăHÀăNI

---------------------------------------

PHẠMăVĂNăNGHĨA

NGHIÊNăCỨUăĂNăMÒNăỨNGăLỰCăCỦAăMTăSỐăLOẠIăTHÉPăKHÔNGăGỈă

TRONGăMÔIăTRƯỜNGăKHÍăQUYỂNăCHỨAăIONăCLORUA

LUẬNăVĂNăTHẠCăSĨ KỸăTHUẬTăHÓAăHỌC

HƠăNội-2016

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 1

LỜIăCAMăĐOAN

Tôiăxinăcamăđoanăluậnăvĕnăthạcăsĩăkỹ thuậtă“Nghiên cứuăĕnămònăứng lực của

một số loi thép không gỉ trongămôiătrường khí quyển chứa ion clorua”ălàăcôngătrìnhă

do chính tôi thực hiệnădưới sự hướng dẫn khoa học ca PGS.TS. Lê Thị Hồng Liên

và PGS.TS. Mai Thanh Tùng. Các số liệu và kết quả được trình bày trong luậnăvĕnă

hoàn toàn chính xác, trung thực vàăchưaătừngăđược công bố trong các công trình

khoa học nào khác.

Hà Nội, ngàyăăăăăăthángăăăănĕmăă2016

Học viên

PhạmăVĕnăNghĩa

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 2

LỜIăCMăN

Đầuătiênă tôi xină gửiăliăcảmăơnă chână thànhăvàăsâuă sắcăđếnă PGS.TS. Lêă Thịă

HồngăLiênăvà PGS.TS. Mai Thanh Tùng – những ngưiăthầyăđãăhướngădẫnăchỉăbảoă

tôi tậnătìnhăvềămặtăkhoaăhọc,ăkỹănĕngăthựcăhànhăvàătạoăđiềuăkiệnătốtănhấtăgiúpăđỡătôi

trongăsuốtăthiăgianăthamăgiaănghiênăcuăđề tài.

Tôi xină chână thànhă cảmă ơnă Thạcă sỹă Nguyễnă Thịă Thanhă Ngaă vàă cácă đồngă

nghiệp tại trung tâm Đánhăgiáăhưăhỏngăvậtăliệu, cácăthầyăcôăgiáoăđangăcôngătácătạiă

ViệnăKỹăthuậtăHóaăhọc,ăcácăthầyăcôăgiáoăbộămônăCôngănghệăĐiệnăhóaăvàăbảoăvệă

kimăloại,ă cácăđồng chí trongă TrungătâmăĐoă lưngă - ViệnăCôngănghệă - Tổngăcụcă

CNQP đãătạoăđiềuăkiệnăchoătôi trongăsuốtăthiăgianătôi thựcăhiệnăluậnăvĕn.

Sau cùng, tôi xinătỏălòngăbiếtăơnăcaămìnhătớiăgiaăđìnhăvàăbạnăbè,ănhữngăngưiă

đãăluônăăbênăđộngăviên,ăgiúpăđỡătôi trongăsuốtăthiăgianătôi họcătậpăvàănghiênăcu.

Tôi xinăchânăthànhăcảmăơn!

Hà Nội, tháng nĕmă2016

Học viên thực hiện

PhạmăVĕnăNghĩa

 
LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă                       ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên 
                                                                                  PGS.TS. Mai Thanh Tùng 
 
HVTH: PhmăVĕnăNghĩa  - 14BKTHH                                 3 
 
MỤCăLỤC 
LỜIăCAMăĐOAN ...................................................................................................... 1 
LỜI CMăN ............................................................................................................ 2 
MỤC LỤC .................................................................................................................. 3 
DANH MỤC CÁC BNG ........................................................................................ 5 
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... 6 
DANH MỤC CÁC T VIT TT .......................................................................... 9 
LỜI M ĐẦU .......................................................................................................... 10 
CHƯNGă1:ăTỔNG QUAN V ĂNăMÒNăỨNG LỰC ...................................... 12 
1.1. Gii thiu v ĕnămònăng lc ....................................................................... 12 
1.2.ăĐiu kin xyăraăĕn mòn ng lc ................................................................ 13 
1.3.ăCăch ĕnămònăng lc ................................................................................. 15 
1.4. SCC thép không gỉ trongămôiătrng khí quyển cha ion Cl
-
 (AISCC) . 17 
1.4.1. Đặc điểm của AISCC............................................................................... 17 
1.4.2. Qúa trình hình thành AISCC trong môi trường khí quyển biển .......... 18 
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới AISCC. .......................................................... 18 
1.4.4. Một số nghiên cứu về AISCC ................................................................. 22 
CHƯNGă2.ăPHƯNGăPHÁPăNGHIÊN CỨU .................................................. 27 
2.1. Vt liu nghiên cu ....................................................................................... 27 
2.2.ăPhngăphápăthử nghim............................................................................. 28 
CHƯNGă3.ăKT QU VÀO THO LUẬN ...................................................... 30 
3.1. Thử nghim gia tốc trong phòng thí nghim .............................................. 30 
3.1.1. Thép 304 ................................................................................................... 30 

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 4

3.1.2. Thép 316 ................................................................................................... 31

3.2. nhăhng ca s nhit luynăvƠăhƠmălng ion Cl

-

sa lng ti SCC .... 33

3.2.1. Thép 304 ................................................................................................... 33

3.2.1.1. Mẫu không xử lý nhiệt ....................................................................... 33

3.2.1.2. Mẫu có xử lý nhiệt ............................................................................. 36

3.2.2. Thép 316 ................................................................................................... 41

3.2.2.1. Mẫu không xử lý nhiệt ....................................................................... 41

3.2.2.2. Mẫu có xử lý nhiệt ............................................................................. 42

3.3. nhăhng caăđộ ẩm ti tốcăđộ phát triển vt nt .................................. 45

3.3.1. Thép 304 ................................................................................................... 46

3.3.1.1. Mẫu gia tốc bằng dung dịch MgCl

2

bão hòa ..................................... 46

3.3.1.2. Mẫu gia tốc bằng dung dịch NaCl bão hòa ........................................ 52

3.3.2. Thép 316 ................................................................................................... 56

3.4.ăCăch lan truyn vt nt ............................................................................. 57

KT LUẬN .............................................................................................................. 61

TÀI LIU THAM KHO ...................................................................................... 62

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 5

DANHăMỤCăCÁCăBNG

Bng 1.1. Một số hệ vật liệu/môiătrường nhy SCC ................................................. 14

Bng 1.2. nhăhưởng của nhiệtăđộ,ăđộ ẩmăđến SCC của thép 304 ........................... 23

Bng 1.3. nhăhưởng của nồngăđộ ion Cl

-

vàăđộ ẩmăđến SCC của thép 304 ........... 24

Bng 1.4. nhăhưởng của nồngăđộ ion Cl

-

và nhiệtăđộ đến SCC thép 304 ............... 25

Bng 2.1. Thành phần thép không gỉ 304 và 316, % khốiălượng .............................. 27

Bngă2.2.ăKíchăthước mẫu U-Bend theo tiêu chuẩn G30-97[15] ............................. 27

Bng 3.1. Thông số khí hậuăvàămôiătrường tiăĐồ Sơn ............................................ 33

Bng 3.2. Tổngălượng ion Cl

-

sa lắng và tỷ lệ thờiăgianăkhô/ướt tiăĐồ Sơn ........... 33

Bng 3.3. nhăhưởng của nồngăđộ ion Cl

-

sa lắng và sự nhiệt luyện tới SCC mẫu

thép 304 ..................................................................................................................... 40

Bng 3.4. nh hưởng của nồngăđộ ion Cl

-

sa lắng và sự nhiệt luyện tới SCC mẫu

thép 316 ..................................................................................................................... 45

Bng 3.5. Khong thờiăgianăkhôngăkhíăcóăđộ ẩm



40%, 40÷50%, 50÷60%,



60%

và nhiệtăđộ trungăbìnhătươngăứng .............................................................................. 46

Bng 3.6. Chiều dài và tốcăđộ phát triển vết nứt trên mẫu thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH sau mỗi tuần thử nghiệm ..................................................................................... 47

Bng 3.7. Chiều dài và tốcăđộ phát triển vết nứt trên mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl bão

hòa sau mỗi tuần thử nghiệm .................................................................................... 52

Bng 3.8. Sự phụ SCC vào nhiệtăđộ vàăđộ ẩmăđộ ẩm không khí của mẫu thép 304 và

316 nhỏ muối MgCl

2

và NaCl BH ............................................................................. 57

Bng 3.9. Thành phần SPAM trên mặt gẫy ti vị trí biên ht, % khốiălượng ........... 60

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 6

DANHăMỤCăCÁCăHÌNH

Hình 1.1. Biểuăđồ so sánh các dngăĕnămòn ............................................................. 12

ảìnhă1.2.ăĐiều kiện xy ra SCC ................................................................................ 13

Hình 1.3. Quá trình hình thành vết nứt ..................................................................... 15

Hình 1.4. Vết nứt hình thành từ các bậcătrượt .......................................................... 16

Hình 1.5. Qúa trình hình thành vết nứtătrongămôiătrường khí quyển biển ................ 18

Hình 1.6. Qúa trình hình thành giọt muối bão hòa................................................... 20

Hình 1.7. Sự phát triểnăvàăbayăhơiăcủa hỗn hợp các ht muối ti 17,5

°

C ................ 21

ảìnhă1.8.ăSơăđồ giữ ẩm của ht trên bề mặt vật liệu ................................................ 22

Hình 1.9. Mẫu thép 304 sau 400 giờ thử nghiệm ti 80

°

C,ăđộ ẩmă40ă%,ălượng ion

Cl

-

sa lắng trên bề mặt mẫu là 400 µg/cm

2

, vết nứt SCC phát triển theo biên ht ... 24

Hình 1.10. Vết nứt SCC thép SUS 304 ti 35

o

C sau 1 và 4 tháng TN: mẫu xử lý

nhiệt (a), (b) mẫu không xử lý nhiệt (c), (d), (e) mẫu hàn sau 4 tháng TN ............... 26

Hình 2.1. Tiêu chuẩn chế to mẫu U-Bend và mẫu thử nghiệm ............................... 27

Hình 2.2. Kính hiển vi 3D Stemi DV4/Carl Zeis ....................................................... 28

Hình 2.3. Kính hiển vi quang học Axiovert 40MAT- Carl Zeis ................................ 28

Hình 2.4. Kính hiểnăviăđiện tử quét JEOL-JSM 6490 ............................................... 29

Hình 3.1. Bề mặt mẫu thép 304 sau 10 ngày thử nghiệm gia tốc, 50x ..................... 30

Hình 3.2. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH sau 20 ngày thử nghiệm ........... 30

Hình 3.3. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl BH sau 20 ngày thử nghiệm ............. 31

Hình 3.4. Bề mặt mẫu thép 316 sau 10 ngày thử nghiệm, 50x ................................. 31

Hình 3.5. Bề mặt mẫu thép 316 nhỏ dd MgCl

2

BH sau 20 ngày thử nghiệm ........... 32

Hình 3.6. Mẫu thép 316 nhỏ NaCl BH sau 20 ngày thử nghiệm .............................. 32

Hình 3.7. Bề mặt mẫu thép 304 không xử lý nhiệt .................................................... 34

Hình 3.8. Bề mặt mẫu thép 304 không xử lý nhiệt không nhỏ muối sau 4 tháng TN 34

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 7

Hình 3.9. Bề mặt mẫu thép 304 không xử lý nhiệt nhỏ dung dịch NaCl BH sau 4

tháng thử nghiệm ....................................................................................................... 35

Hình 3.10. Bề mặt mẫu thép 304 không xử lý nhiệt nhỏ dung dịch MgCl

2

BH sau 4

tháng thử nghiệm ....................................................................................................... 35

Hình 3.11. Bề mặt mẫu thép 304 không nhỏ muối sau 1 tháng TN .......................... 36

ảìnhă3.12.ăĐiểm gỉ và sự lan truyền vết nứt trên bề mặt mẫu thép 304 không nhỏ

muối sau 2 tháng TN ................................................................................................. 36

Hình 3.13. Bề mặt mẫu thép 304 không nhỏ muối sau 3 và 4 tháng TN, 200x ......... 37

Hình 3.14. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl BH sau 1 và 2 tháng TN ................. 37

Hình 3.15. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ muối MgCl

2

sau 1 và 2 tháng TN ................. 38

Hình 3.16. nh hiểnăviăkimătươngăbề mặt mẫu thép 304 sau 2 tháng TN, 200x ....... 38

Hình 3.17. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl BH sau 4 tháng TN, 200x .............. 39

Hình 3.18. Bề mặt mẫu thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH sau 4 tháng TN, 200x ............. 39

Hình 3.19. Bề mặt mẫu thép 316 không xử lý sau 1, 2 và 3 tháng TN ...................... 41

Hình 3.20. Mẫu thép 316 không xử lý nhiệt, không nhỏ muối sau 4 tháng TN, 10x. 41

Hình 3.21. Bề mặt thép 316 không xử lý nhiệt, nhỏ dd NaCl BH sau 4 tháng TN ... 42

Hình 3.22. Bề mặt thép 316 không xử lý nhiệt, nhỏ dd MgCl

2

BH sau 4 tháng TN . 42

Hình 3.23. Bề mặt mẫu thép 316 xử lý nhiệt sau 1 và 2 tháng TN ........................... 43

Hình 3.24. Mẫu thép 316 xử lý nhiệt không nhỏ muối sau 4 tháng TN, 50x ............ 43

Hình 3.25. Bề mặt mẫu thép 316 xử lý nhiệt nhỏ dd NaCl BH ................................. 44

Hình 3.26. Bề mặt mẫu thép 316 xử lý nhiệt nhỏ dd MgCl

2

BH ............................... 44

Hình 3.27. Tốcăđộ phát triển vết nứt mẫu thép 304 nhỏ dung dịch MgCl

2

BH sau 8

tuần thử nghiệm ......................................................................................................... 47

Hình 3.28. Biến thiên tốcăđộ phát triển vết nứt và thờiăgianăkhôngăkhíăcóăcácăđộ ẩm

khác nhau; mẫu thép 304 khi nhỏ dd MgCl

2

BH ...................................................... 47

Hình 3.29. Bề mặt thép 304 nhỏ MgCl

2

BH bị SCC ở tuần 1 và 3, 50x ................... 48

Hình 3.30. Bề mặt thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bị SCC tuần 4, 50x ......................... 48

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 8

Hình 3.31. Bề mặt thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bị SCC tuần 5 và 6, 50x .................. 49

Hình 3.32. Bề mặt thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bị SCC tuần 7 và 8, 50x .................. 49

Hình 3.33. Bề mặt thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bị SCC tuần 10, 50x ....................... 50

Hình 3.34. Hình nh mặt gẫy mẫu thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH sau 15 tuần TN ...... 51

Hình 3.35 Tốcăđộ phát triển vết nứt mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl BH sau 7 tuần TN 52

Hình 3.36. Biến thiên tốcăđộ phát triển vết nứt và thời gian không khí có RH khác

nhau của mẫu thép 304 khi nhỏ NaCl BH ................................................................ 53

Hình 3.37. Bề mặt thép 304 nhỏ dung dịch NaCl BH bị SCC tuần 1 và 3, 50x ........ 53

Hình 3.38. Bề mặt thép 304 nhỏ dd NaCl BH bị SCC tuần 4, 50x ........................... 54

Hình 3.39. Bề mặt thép 304 nhỏ dd NaCl BH bị SCC tuần 5 và 6, 50x .................... 54

Hình 3.40. Bề mặt thép 304 nhỏ dung dịch NaCl BH bị SCC tuần 7, 50x ............... 55

Hình 3.41. Bề mặt thép 316 nhỏ MgCl

2

BH bị SCC sau 16 tuần thử nghiệm .......... 56

Hình 3.42. Sự hình thành và phát triển vết nứt mẫu thép 304 .................................. 58

Hình 3.43. Hình nh bề mặt vết nứt thép 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bằng kính hiển vi

quang học .................................................................................................................. 58

Hình 3.44. Hình nh bề mặt vết nứt thép 304 nhỏ dd NaCl BH bằng kính hiển vi

quang học .................................................................................................................. 58

Hình 3.45. Mặt gẫy mẫu thép 304 nhỏ dd NaCl và MgCl

2

BH ................................. 59

Hình 3.46. Hình nh bề mặt mẫu 304 nhỏ dd MgCl

2

BH bị SCC chụp bằng SEM .. 59

Hình 3.47. Hình nh vị tríăphânătíchăSPAMăvàăđường phổ tán x tia X ................... 60

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 9

DANHăMỤCăCÁCăTăVITăTT

SCC - Stress Corrosion Cracking - ĕnămònăng lực

AISCC, ASCC - Atmospheric Induced Stress Corrosion Cracking - ĕnămònăng lực

trong khí quyển

RH - Relative Humidity - Độ ẩmătươngăđối

RH

sat

, RH

crit

, DRH - Deliquescence Relative Humidity - Độ ẩm chảy rữa

ERH - Efflorescence Relative Humidity - Độ ẩm phấnăhóaă(trươngăn)

SEM - Scanning Electron Microscope - Hiểnăviăđiện tử quét

EDS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy - Nhiễu xạ tia X

dd - dung dịch

BH - Bão hòa

TN - Thử nghiệm

X - Lần

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 10

LỜIăMăĐẦU

Trên thế giớiăđãăcóărất nhiều công trình nghiên cu gẫyădoăĕnămònăng lực ca

các loại vật liệu/môiătrưng khác nhau. Gầnăđâyăĕnămònăng lực thép không gỉ 304

và 316 trongămôiătrưng khí quyển biển bắtăđầuăđược nghiên cu và phần lớn nhằm

tập trung giải quyếtăcácăhưăhỏng bồn cha nhiên liệu thải caănhàămáyăđiện hạt nhân

vàăcácăhưăhỏng trần tòa nhà bể bơi.ă

Trướcăđây,ăphần lớn các nghiên cuăĕnămònăng lực ca thép không gỉ đều tập

trung  môiătrưng dung dịch cha ion Cl

-

với nhiệtăđộ >50-60

o

C. Tuy nhiên, nhiều

sự cố và tai nạnăđãăxảyăraădoăĕnămònăng lực khi thiết bị vận hành  điều kiện nhiệt

độ khôngăcaoăhơnănhiệtăđộ caămôiătrưngăkhôngăkhíăxungăquanh,ăđặc biệt là trong

điều kiện khí quyển biển/ven biển, do sự tích tụ ion Cl

-

trên bề mặt vật liệu tại

những vị trí tập trung ng suất (mối hàn, khuyết tật do quá trình gia công nguội, góc

nhọn sắc…)ăđã đạtăđến nồngăđộ tới hạn, gây xuất hiện vết nt,ăsauăđóălanătruyền dần

và dẫnă đến gẫy chi tiết. Vì vậy, nghiên cu SCC ca thép không gỉ trong môi

trưng khí quyển ven biểnăđangăđược thế giới rất quan tâm nhằm giảm thiểu tai nạn,

ngĕnăchặn rò rỉ phóng xạ,ăđảm bảoăanătoànătrongănhàămáyăđiện hạt nhân.

Tại Việt Nam,ăchoăđến nay, các công trình nghiên cu về ĕnămònăng lực thép

304 và 316 còn rất hạn chế và mới chỉ có một vài công bố về ĕnămònăng lực thép

không gỉ SUS 304 và 316 trong dung dịch cha ion Cl

-

do PGS.TS. Lê Thị Hồng

Liên, ThS. Nguyễn Thị Thanh Nga và Kỹ sưăPhạmăVĕnăNghĩa đĕngătải trên tạp chí

Khoa học và Công nghệ, chưaăcóăcôngătrìnhănàoănghiênăcuăđầyăđ về gẫyădoăĕnă

mòn ng lực ca thép không gỉ trongămôiătrưng khí quyển cha ion Cl

-

.

Doăđó, học

viên đãălựa chọnăđề tài nghiên cu tốt nghiệp Thạc sỹ vớiătiêuăđề: “Nghiênăcứuăĕnă

mòn ứng lực của một số loi thép không gỉ trongămôiătrường khí quyển chứa ion

clorua”.

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 11

Mc tiêu caăđ tài:

 Nghiên cu ảnhăhưng caăhàmălượng ion Cl

-

sa lắngăđếnăĕnămònăng lực

thép không gỉ 304ăvàă316ătrongămôiătrưng khí quyển cha ion Cl

-

.

 Nghiên cu ảnhăhưng ca xử lý nhiệtăđếnăđộ nhạyăĕnămònăng lực ca

thép không gỉ 304ăvàă316ătrongămôiătrưng khí quyển cha ion Cl

-

.

 Nghiên cu ảnhă hưng ca nhiệtă độ,ă độ ẩm tớiă ĕnă mònă ng lực thép

không gỉ 304ăvàă316ătrongămôiătrưng khí quyển cha ion Cl

-

.

 Xácăđịnh kiểu, tốcăđộ lan truyền truyền vết nt.

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 12

CHƯNG 1:ăTỔNGăQUANăVăĂNăMÒNăỨNGăLỰC

1.1. Giiăthiuăvăĕnămònăngălc

Gãyădoăĕnămònăng lực (stress corrosion cracking - SCC) là sự nt dẫnăđến

gãy vật liệuădoătácăđộngăđồng thi ca ng suấtăkéoăvàămôiătrưngăĕnămòn.ăTrongă

quá trình kim loại bị SCC, phần lớn bề mặt kim loại và hợp kim không bị phá hy

nhưngăxuất hiện những vết nt nhỏ phát triển xuyên qua thể tích vật liệu.

SCC là dạngăĕnămònăgâyăpháăhy vật liệu rất nguy hiểm tuy lượng kim loại

tổn thất rất nhỏ nhưngănóălàmăsuyăgiảmăđộ bềnăcơăhọc ca vật liệu. SCC cần trải qua

một thi gian  bệnh nên rất khó phát hiện khi khảo sát hay kiểm tra, vì thế nó

thưng xảy ra rấtăđột ngột và khó dự đoánătrước. SCC có thể xảy ra cả  ng suất

nhỏ hơnăng suất thiết kế [9].

Theo thống kê trên thế giới về hưăhỏngădoăĕnămònăgâyăra,ăSCCăchiếm khoảng

hơnă20%ătrongătổng số các dạngăĕnămònă[10].

Hình 1.1. Biểuăđồ so sánh các dngăĕnămòn

SCC xảy ra ch yếu với các thiết bị trong công nghiêp, nhấtălàătrongălĩnhăvực

công nghiệp hóa chất, tinh chế dầu khí, nhiệtăđiện,ănĕngălượng hạt nhân và một số lĩnhă

vực khác, gây hậu quả vô cùng nghiêm trọng. Nhiệtă độ gâyă SCCă thưng khoảng

>70

o

C, tuy nhiên trong một số trưng hợp SCC có thể xảy ra  nhiệtăđộ thấpăhơn,ă

đặc biệt trong dung dịch axit. Sự nt, gãy có thể phát triển cả  ng suất thấp như:

ng suấtădưădo quá trình hàn hoặc quá trình gia công [11].

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 13

Thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, dầu khí,

công nghiệpănĕngălượng và hạt nhânăvìăcóăđộ bền cao, tính hàn tốt. Tuyănhiên,ăđiểm

yếu chính ca loạiăthépănàyălàăcóănguyăcơăbị phá hy do SCC. Trên thế giới, trong

các tai nạn xảyăraăđối với thiết bị trong công nghiệp hóa chất, 25% tai nạn là do

SCC,ămàătrongăđóă50%ătaiănạn xảy ra trongămôiătrưng cha H

2

S và NaCl. Mặc dù

cần phải có mộtăhàmălượng Cl

-

đ lớn thì mớiăgâyăSCCănhưngătại một số vị trí (lỗ,

khe), ion Cl

-

bị tích tụ vàăđạt nồngăđộ tới hạn gây SCC thì chỉ cần mộtăhàmălượng

Cl

-

nhỏ trongămôiătrưngăcũngăcóăthể dẫnăđến SCC.

1.2. Điuăkinăxyăraăĕnămònăngălc

SCC xảyăraădưới sự tácăđộng kết hợp ca ng suấtăkéoăvàămôiătrưngăĕnămònă

lên vật liệu nhạy vớiăSCC,ăđặc biệtătrongăcácămôiătrưng nhiệtăđộ cao, áp lực lớn,

nồngăđộ chất xâm thực đậmăđặc. SCC chỉ xảy ra khi hội tụ đ baăđiều kiện sau [3]:

 Vật liệu nhạy với SCC.

 MôiătrưngăcóătácănhânăgâyăSCCăđối với vật liệu.

 ng suấtăkéoăđ lớn gây nên SCC.

ảìnhă1.2.ăĐiều kiện xy ra SCC

Hình 1.2 cho ta thấy sự tácăđộng qua lại giữa: ng suấtăkéo,ămôiătrưngăĕnă

mòn và hợp kim nhạy SCC là rất chặt chẽ, nếu thiếu một trong ba yếu tố trên thì

SCC không thể xảy ra.

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 14

Những yếu tố chính ảnhăhưngăđến SCC là nhiệtăđộ, nồngăđộ dung dịch, ng

suất, cấu trúc và thành phần kim loại…ăBảng 1.1 giới thiệu một số cặp vật liệu/môi

trưng (nhiệtăđộ, nồngăđộ) nhạy SCC với các kiểuăgãyătươngăng [13].

Bng 1.1. Một số hệ vật liệu/môiătrường nhy SCC

Vật liệu

Môiătrưng

Nồngăđộ

Nhiệtăđộ

Kiểu gãy

Thép cacbon

Hydroxides

cao

I

Nitrates

TB

I

Carbonate/ bicarbonate

thấp

TB

I

Dd ammoniac

-

thấp

T

CO/CO

2

/H

2

O

-

thấp

T

Nước thông khí

-

rất cao

T

Thép hợp kim thấp

(Cr-Mo, Cr-Mo-V)

Nước

-

TB

T

Các loại thép bền

(strong steel)

Nước (y>1200 M Pa)

thấp

M

Chloride ( y>800 M Pa)

thấp

M

Sunfide ( y>600 MPa)

thấp

M

Thép không gỉ

Austenit

Chloride

cao

T

Hydroxide

cao

rất cao

M

Thép không gỉ

Austenit nhạy SCC

Nước thông khí

-

rất cao

I

Thép không gỉ

Thiosulphate/

polythionate

thấp

I

Thép không gỉ

Duplex

Chloride

cao

rất cao

T

Thép không gỉ

Martensitic

Chloride + H

2

S

cao

TB

T

Chloride

(thưng + H

2

S)

TB

thấp

T

Thépăđộ bền cao

Hơiănước

-

thấp

T

Hợp kim nhôm

Chlorides

thấp

I

Hợp kim titan

Chlorides

cao

thấp

T

Methanol

-

thấp

T

Hợpăkimăđồng

(trừ Cu-Ni)

N

2

O

4

cao

thấp

T

Dung dịch amôni

thấp

I

Ghi chú: T – Xuyên hạt, I – Biên hạt, y – ng suất tối thiểu gây SCC.

M- Hỗn hợp (mixed) vừa xuyên hạt vừa biên hạt.

LuậnăvĕnăThcăsỹăKTảảăăăăăăăăăăăăăăă ẢVảD:ăPẢS.TS.ăLêăThịăảồngăLiên

PGS.TS. Mai Thanh Tùng

HVTH: PhmăVĕnăNghĩa - 14BKTHH 15

Mcăđộ

Nồngăđộ

Nhiệtăđộ

Thấp

Đến 10

-2

M

Môiătrưng

Trung bình (TB)

Đến 1M

<100

o

C

Cao

Xung quanh 1M

Quanh nhiệtăđộ sôi

Rất cao

Gần bão hòa

Caoăhơnănhiệtăđộ sôi

Dựa vào các cặp vật liệu/môiătrưng nhạy với SCC, tùy từngăđiều kiện môi

trưng làm việc mà ta có thể thiết kế thiết bị,ămáyămócăđể hạn chế sự phá hy do

SCC, giảm thiệt hại trong sản xuất.

1.3. Căchăĕnămònăngălc

SCC là một quá trình rất phc tạp. Đã có rất nhiều nhà nghiên cuăđưaăraăcácă

giả thuyết về quá trình hình thành và phát triển ca SCC dẫnăđến nt, gãy phá hy

vật liệuănhư:ăcơăchế mạch hoạt tính có sẵn,ăcơăchế mạch hoạt tính gây ra bi biến

dạng,ăcơăchế hấp phụ hayămôăhìnhăgãyăcơăhọcă[9]…ăTuy nhiên, các nghiên cu trên

chỉ đề cậpă đến sự phá hy vật liệu do SCC xuất phát từ các lỗ (pit) hay khe

(crevice). Tại các lỗ hay các khe này có sự tậpătrungătácănhânăgâyăĕnămònăvới nồng

độ cao, dễ dàng cho cho phản ng hòa tan kim loại tạo các sản phẩmăĕnămònă(cácă

muối, oxit kim loạiă…),ăđồng thi, dưới tác dụng ca ca ng suấtăkéoăđ lớn, vết

ntăđầu tiên sẽ được hình thành tạiăcácăđầu mút (crack tip)-(hình 1.3).

Hình 1.3. Quá trình hình thành vết nứt