如原始缺陷长度仍为a0,但应力为σ0,且σ2<σ1,故[KI]2<[KI]1,在图2-5-10中[KI]2在[KI]1 ,的下方,如在同一腐蚀环境下工作,由于应力下降,裂纹增长速度da/dt缓慢,a0达到ac的时间为t2,t2t1。
随着外加应力不断下降,KI也随之下降,由a0增长至ac所需要的时间也越长,当KI低于某一临界值称为应力腐蚀临界强度因子,用KIscc表示。
见图2—5—11,在A0的应力强度应子为Kc,此时对应的断裂时间t=0,[KI]1与B1的交点为C1,[KI]2与B2的交点为C2,以此类推,连接A0,C1、C2、…得出一条曲线(为图中的实线),该曲线为KI与断裂时间的关系曲线,KIscc为该曲线的渐近线。
当应力腐蚀裂纹前端的KI>KIscc时,裂纹就随时间而变大,单位时间内裂纹由于应力腐蚀而产生的扩展量称为应力腐蚀扩展速率,用da/dt表示。da/dt与多种因素有关。下面将作详细论述:
da/dt与KIscc的关系大致如图2—5—11所示,由图看出,da/dt与KIscc关系可分为三个阶段:第Ⅰ阶段,KI刚超过KIscc裂纹经过一段孕育期,突然加速发展;第Ⅱ阶段,da/dt与KI的关系不大,第Ⅲ阶段,裂纹长度已接近临界尺寸,da/dt又明显依赖于KI。
国外近若干年来,有些管道研究工作者倾向于用σth代替KIscc来表示应力腐蚀的应力界限值,σth的定义为:“当钢管中的应力高于此应力时,则可能产生SCC,低于此应力值时,则不可能产生SCC,此应力界线值称为应力腐蚀拉应力的界线值,或称门槛值,用σth表示”th为英文“threshold stress”前面的两个字母。
所以选用σth有以下原因:
(1)σth值易于由试验中取得;
(2)σth与内压P直接相关联,似乎更有实际意义。
当σth求出后,可求出在具体条件下的KIscc值。
研究表明,以下诸因素影响σth值:
(一)腐蚀介质对σth的影响
不同的腐蚀介质及不同的介质浓度均对σth有影响。图2—5—12为X52管材在NaNO3及NH4NO3水溶液中不同重量浓度对σth的影响,由图看出,浓度越高σth值越低,不同腐蚀介质对σth也有很大影响。
(二)管子与土壤间的电化学电位对σth的影响
对任何已知环境,应力腐蚀只在很窄的一段电化学电位范围内才能产生,而且在这一范围内的σth,也是随电位而变化的。见图2—5—13。
图5—2—13为X52管材在4.8%Ca2CO3和7.6%CaHCO3水溶液中,不同电位对盯σth的影响,由图看出,在这一特定情况下,电位为-0.70伏时,σth最低,亦即最易产生应力腐蚀,向两侧偏离σth迅速提高。