如原始缺陷長(zhǎng)度仍為a0,但應(yīng)力為σ0,且σ2<σ1,故[KI]2<[KI]1,在圖2-5-10中[KI]2在[KI]1 ,的下方,如在同一腐蝕環(huán)境下工作,由于應(yīng)力下降,裂紋增長(zhǎng)速度da/dt緩慢,a0達(dá)到ac的時(shí)間為t2,t2t1。
隨著外加應(yīng)力不斷下降,KI也隨之下降,由a0增長(zhǎng)至ac所需要的時(shí)間也越長(zhǎng),當(dāng)KI低于某一臨界值稱為應(yīng)力腐蝕臨界強(qiáng)度因子,用KIscc表示。
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見圖2—5—11,在A0的應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)子為Kc,此時(shí)對(duì)應(yīng)的斷裂時(shí)間t=0,[KI]1與B1的交點(diǎn)為C1,[KI]2與B2的交點(diǎn)為C2,以此類推,連接A0,C1、C2、…得出一條曲線(為圖中的實(shí)線),該曲線為KI與斷裂時(shí)間的關(guān)系曲線,KIscc為該曲線的漸近線。
當(dāng)應(yīng)力腐蝕裂紋前端的KI>KIscc時(shí),裂紋就隨時(shí)間而變大,單位時(shí)間內(nèi)裂紋由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生的擴(kuò)展量稱為應(yīng)力腐蝕擴(kuò)展速率,用da/dt表示。da/dt與多種因素有關(guān)。下面將作詳細(xì)論述:
da/dt與KIscc的關(guān)系大致如圖2—5—11所示,由圖看出,da/dt與KIscc關(guān)系可分為三個(gè)階段:第Ⅰ階段,KI剛超過(guò)KIscc裂紋經(jīng)過(guò)一段孕育期,突然加速發(fā)展;第Ⅱ階段,da/dt與KI的關(guān)系不大,第Ⅲ階段,裂紋長(zhǎng)度已接近臨界尺寸,da/dt又明顯依賴于KI。
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國(guó)外近若干年來(lái),有些管道研究工作者傾向于用σth代替KIscc來(lái)表示應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力界限值,σth的定義為:“當(dāng)鋼管中的應(yīng)力高于此應(yīng)力時(shí),則可能產(chǎn)生SCC,低于此應(yīng)力值時(shí),則不可能產(chǎn)生SCC,此應(yīng)力界線值稱為應(yīng)力腐蝕拉應(yīng)力的界線值,或稱門檻值,用σth表示”th為英文“threshold stress”前面的兩個(gè)字母。
所以選用σth有以下原因:
(1)σth值易于由試驗(yàn)中取得;
(2)σth與內(nèi)壓P直接相關(guān)聯(lián),似乎更有實(shí)際意義。
當(dāng)σth求出后,可求出在具體條件下的KIscc值。
研究表明,以下諸因素影響σth值:
(一)腐蝕介質(zhì)對(duì)σth的影響
不同的腐蝕介質(zhì)及不同的介質(zhì)濃度均對(duì)σth有影響。圖2—5—12為X52管材在NaNO3及NH4NO3水溶液中不同重量濃度對(duì)σth的影響,由圖看出,濃度越高σth值越低,不同腐蝕介質(zhì)對(duì)σth也有很大影響。
(二)管子與土壤間的電化學(xué)電位對(duì)σth的影響
對(duì)任何已知環(huán)境,應(yīng)力腐蝕只在很窄的一段電化學(xué)電位范圍內(nèi)才能產(chǎn)生,而且在這一范圍內(nèi)的σth,也是隨電位而變化的。見圖2—5—13。
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圖5—2—13為X52管材在4.8%Ca2CO3和7.6%CaHCO3水溶液中,不同電位對(duì)盯σth的影響,由圖看出,在這一特定情況下,電位為-0.70伏時(shí),σth最低,亦即最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,向兩側(cè)偏離σth迅速提高。