1944年11月28日至12月1日在美國費城召開了“金屬應(yīng)力腐蝕斷裂研討會”，會上發(fā)表的主要是關(guān)于應(yīng)力腐蝕斷裂事故以及試驗方法的論文，其中的大部分報告都是關(guān)于黃銅的，還有3篇是關(guān)于奧氏體系不銹鋼的。戰(zhàn)后的日本主要就是通過這些報告開始對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂研究產(chǎn)生興趣的。在這次研討會上，M.A.Scheil報告說：154℃沸騰的MgCl2溶液會導(dǎo)致許多奧氏體系不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂；此外，R.Franks等認(rèn)為：除Mg-Cl2以外，LiCl、NH4Cl、CaCl2、ZnCl2等也會導(dǎo)致金屬發(fā)生斷裂。以上述Scheil的報告為契機(jī)，即“154℃沸騰的42%MgCl2溶液”（后來確認(rèn)42%MgCl2水溶液的沸點是143℃)被作為檢測不銹鋼應(yīng)力腐蝕斷裂的試驗液而得到廣泛的運用。一般在包含NaCl等氯化物的中性水中，除氯離子以外還需要氧（或者氧化劑）,但在上述MgCl2溶液中即便不存在氧也會發(fā)生斷裂,因此可以確定陰極反應(yīng)是氫發(fā)生的反應(yīng)。這種試液被用于分析不銹鋼應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)生機(jī)理，以及熱處理、加工、化學(xué)組成等有關(guān)材料方面影響因子的研究上。
20世紀(jì)50年代后期，日本開始對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂進(jìn)行研究，首先對現(xiàn)有鋼種進(jìn)行了MgCl2(154℃)試驗。例如，木島（1955年）認(rèn)為：在相同的試驗液中，13Cr不銹鋼和18Cr不銹鋼發(fā)生了全面腐蝕卻沒有斷裂；25Cr-2Mo-Ti、316Cu不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼等各鋼種都發(fā)生了斷裂，但347不銹鋼不易斷裂。此外，榮（1956年）在MgCl2溶液中加入了1%的鉻酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：13Cr鋼雖然腐蝕減量較多但沒有斷裂；18Cr-8Ni、19Cr-12Ni-Mo、19Cr-12Cr-Mo-Cu各鋼種都發(fā)生了斷裂；但是，19Cr-12Ni-Mo-Ti鋼和25Cr-20Ni-Mo鋼都沒有發(fā)生斷裂。進(jìn)而中村等（1957年）報告說：馬氏體系和鐵素體系不銹鋼不發(fā)生斷裂，奧氏體系不銹鋼的奧氏體穩(wěn)定度越高（也就是鎳含量越高）就越不易斷裂。另外，稻垣等（1959年）通過對鎳含量不同的市賣鋼進(jìn)行試驗得出：鎳含量越高斷裂時間越長；15Cr-35Ni鋼（330鋼）和20Cr-37Ni鋼不發(fā)生斷裂；高錳的201、202不銹鋼比304不銹鋼的裂紋敏感性小。
合金元素對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂產(chǎn)生的影響當(dāng)中，隨著鎳含量的增加耐應(yīng)力腐蝕斷裂性會不斷增強(qiáng)，這一點很早就得到人們的共識，因此鎳含量的增加與奧氏體穩(wěn)定度的提高是聯(lián)系在一起的。Copson于1959年發(fā)表的著名圖示通過大量數(shù)據(jù)驗證了鎳的影響。該圖示是通過在高濃度的MgCl2溶液（沸點154℃)中對包含Cr(8%~26%)、Ni(8%~77%)成分范圍的大量的Cr-Ni系不銹鋼進(jìn)行試驗，將鎳含量和斷裂時間的關(guān)系加以圖示化的結(jié)果。將最低斷裂時間連成一條曲線，從中可以看出斷裂阻力在Ni8%附近達(dá)到最低點，隨著鎳含量的增加斷裂阻力增大，鎳含量達(dá)到40%~50%以上時就不會發(fā)生斷裂。需要注意的是：Copson的數(shù)據(jù)差異較大，因此即便是相同程度的鎳含量其斷裂時間的差異也比較大。這表明鎳含量以外的因子影響也比較大。鎳含量增加，耐應(yīng)力腐蝕斷裂性增強(qiáng)，這一點在實用鋼上得到了廣泛驗證，同時也在改變鎳含量組成的研究上也得到了證明。日本到1965年前后為止，一般都是從現(xiàn)有鋼種中選用鎳含量較高的鋼種來避免應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)生。
關(guān)于鎳以外的元素對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂的影響，1957年Uhlig等針對Cr-Ni不銹鋼中的C、N的影響進(jìn)行了高濃度的MgCl2溶液試驗并發(fā)布了試驗結(jié)果，一般認(rèn)為這是該領(lǐng)域的最初研究。他們認(rèn)為，碳具有延緩斷裂的作用，而氮卻會加速斷裂。之后，國內(nèi)外都開始對應(yīng)力腐蝕斷裂尤其是碳和氮的影響展開了研究。
橫田等（1963年）在用純Cr和純Ni原料制成的20Cr-20Ni基本組成下，研究C、N含量在0.2%以內(nèi)的影響，其結(jié)果是：氮含量一定時，碳含量的增加會增大斷裂阻力；另一方面，碳含量一定時，氮含量的增加會增強(qiáng)裂紋敏感性、此處伊東等（1967年）仍然使用MgCl2水溶液（143℃)來研究碳含量在0.02%~0.10%范圍時對雙相奧氏體不銹鋼的影響，結(jié)果表明：在18Cr-10Ni基本組成時，碳會增加斷裂阻力；但在17Cr-13Ni-2Mo基本組成時，碳含量影響不明顯；另外（1969年）在304L和316L鋼基本組成下，氮含量在0.02%~0.20%范圍時，氮不但沒有不良影響，相反有時會增大阻力。小若等（1970年）認(rèn)為：在18Cr-10Ni鋼中，氮的確存在不良影響；但在鎳含量較多的18Cr-13.5Ni和18Cr-15Ni鋼中，氮的影響非常小；此外他們還對18Cr-10Ni鋼中各種元素進(jìn)行了研究,對碳含量的影響也進(jìn)行了試驗，證明碳的確能夠增加斷裂阻力。
通過以上在高濃度MgCl2水溶液中進(jìn)行的試驗，結(jié)果表明：在穩(wěn)定的Cr-Ni奧氏體系不銹鋼中，氮很容易引發(fā)斷裂；相反的，碳具有延緩這種斷裂的作用。圖7.4是以18Cr-20Ni基本組成為對象，總結(jié)了碳含量和氮含量對于Cr-Ni奧氏體系不銹鋼在濃MgCl2水溶液中發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的影響。由圖7.4可以推斷出：氮含量在小于0.01%和大于0.06%時影響顯著；在市賣鋼的通常含量范圍內(nèi)，由氮含量引起的變化很小。此外，關(guān)于碳和氮的影響機(jī)理，鎳與鎳的影響一起從位錯組織的方面被研究從轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)方面也進(jìn)行了研究，這里省略不提。
繼Ni、C、N之后，美國和日本對其他元素的影響也進(jìn)行了深入的研究。研究結(jié)果表明：只要限定雜質(zhì)成分，鎳含量即便達(dá)不到40%~50%也可以開發(fā)出具備抗斷裂的奧氏體系不銹鋼。從1965年前后起，日本各公司開始對微量元素的影響展開研究，并以這些研究結(jié)果為基礎(chǔ)開發(fā)出了耐應(yīng)力腐蝕斷裂不銹鋼。
如上所述，由于碳和氮元素的影響已經(jīng)明確化，遲沢等（1966年、1972年）將能夠生成穩(wěn)定的氮化物或者碳化物的Al、Ti、Zr、V、Nb、U添加到C、N含量不同的18Cr-12Ni鋼或者18Cr-20Ni鋼當(dāng)中，當(dāng)C、N的含量都低于0.01%時，這些元素并沒有什么影響；對于0.01C-0.04N-18Cr-20Ni鋼來說，如圖7.5所示，除了氮化物生成能力比較小的釩以外，其他元素都能夠增加其斷裂阻力。除釩添加鋼以外，各添加元素的氮化物都在鋼中得到了確認(rèn)，根據(jù)這一點推測奧氏體相中的固溶氮的減少會使得斷裂阻力增大，尤其是通過添加不生成碳化物的鋁，使之生成氮化物，就可以增加斷裂阻力。
此外，伊東等（1967年）針對以304L和316L為主要成分的鋼，研究了Ni、N以外的Si(0.2%~4.2%)、Cr(13%~23%)、Mo(0%~5%)、Cu(0%~2.3%)的影響，并報告了研究結(jié)果：硅能夠增加斷裂阻力；鉻在高應(yīng)力下（295 MPa)隨著含量的增加裂紋敏感性也不斷提高，而在低應(yīng)力狀態(tài)下（147MPa)當(dāng)鉻含量達(dá)到18%以上時，斷裂阻力會增加；鉬在0.1%以下和4%以上時，斷裂阻力會增加；銅（對316L)的影響幾乎不存在。深瀨等（1967年）研究了Cr(4.4%~23.4%)對于20Ni的影響；還研究了在18Cr-16Ni基本組成的鋼中，除了Si(0.2%~3.5%)、Mo(0%-4.5%)、Cu(0%~4%)以外，添加Sn、Pt的影響，認(rèn)為：Cr含量小于15%不會發(fā)生斷裂，大于15%時隨著鉻含量的增加裂紋敏感性不斷增強(qiáng)；添加0.05%鉬時能夠顯著提高裂紋敏感性，添加1%~3%時敏感性達(dá)到最高，但是超過這一限度敏感性又會下降；添加銅到4%為止沒有影響；Sn、Pt能夠提高裂紋敏感性。小若等（1969年、1970年）詳細(xì)地研究了磷和氮含量的影響，認(rèn)為：在18Cr-10Ni基本組成當(dāng)中，當(dāng)磷含量低于0.003%時，氮含量在0.08%以內(nèi)不會引起應(yīng)力腐蝕斷裂；但磷含量在0.003%~0.010%范圍時，氨的不良影響就變得非常顯著；如果磷含量超過了0.010%,不論氯含量為多少都會發(fā)生斷裂。如果用圖來表示磷和氨對手有無斷裂的影響，就形成了圖7,6).進(jìn)而，他們（1970年）)以，18Cr-10~12.5Ni鋼為基礎(chǔ)研究了除碳以外的S%（0.5%=3.9%),Mn(0.4%~3.1%)、s(0.015%~0.19%).Cu（0%~2.8%),Cr(16%~21%)以及Mo(0%~0.26%)的影響，結(jié)果表明：能夠降低敏感性的元素除了碳以外還有Si、S(0.1%以下）；能夠提高敏感性的元素有Cr、Mo、Cu;Mn的影響不太明顯。另據(jù)伊藤等（1969年）研究表明：雖然高純度的19Cr-9Ni鋼很難斷裂，但如果在其中加入C、P、Si、Mn、N,敏感性就會提高（除添加硅以外），磷的影響尤其顯著。深瀨等［以及小若等調(diào)查了合金元素對MgCl2溶液中的全面腐蝕的影響，并指出：如果全面腐蝕容易發(fā)生，斷裂就不容易發(fā)生。也即如果不含鉬時很容易就會發(fā)生全面腐蝕，但是添加微量的鉬就可以抑制全面腐蝕；另一方面，硅含量增加時容易發(fā)生全面腐蝕，但添加微量的鉬就能夠加以抑制；此外還驗證了磷含量增加時腐蝕量會減少。
到1970年左右，人們一直使用高濃度的MgCl2溶液來研究合金元素對奧氏體系不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的影響。不同研究者的研究結(jié)果并非完全一致，把研究結(jié)果（包括上述以外的研究結(jié)果）進(jìn)行整理得到表7.3。從表7.3來看，一致之處是：Ni、Si、C為有效元素而其他元素為有害元素，或幾乎看不出它們的影響。此外，包含其他元素在內(nèi)，將合金元素在MgCl2溶液中對奧氏體系不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂產(chǎn)生的影響表示為周期表，就得到表7.4。該表并不是以純粹的Fe-Cr-Ni為研究對象而得出的結(jié)果，而是包含了通常含量的不純物，例如有些元素和碳或氮結(jié)合形成穩(wěn)定化合物，那么在研究這些元素的影響時就不能無視它們和C、N之間的相互作用。能夠提高應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性的元素有很多，但是能夠有效預(yù)防腐蝕裂紋的合金元素卻非常少，從高濃度MgCl2溶液試驗的結(jié)果來看：只有鎳和硅可以投入實際應(yīng)用。
美法兩國主要以高濃度MgCl2溶液試驗的結(jié)果為基礎(chǔ)，開發(fā)出了含有大量硅的耐應(yīng)力腐蝕斷裂奧氏體系不銹鋼。日本也以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，一直到1970年左右，各公司都進(jìn)行了耐應(yīng)力腐蝕斷裂不銹鋼的開發(fā)，這些鋼的主要化學(xué)組成在7.7節(jié)的表7.10中列出。這些鋼種大多都是通過限制有害元素P、Mo,同時不把碳含量定得太低，并且大量添加硅來增強(qiáng)耐應(yīng)力腐蝕斷裂性。另外還開發(fā)出既包含硅又添加了銅的鋼種。不過，這些耐應(yīng)力腐蝕斷裂不銹鋼－尤其是只提高硅含量的鋼種－有時在實際使用中并不能表現(xiàn)出良好的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性，所以不太實用，后來就被鐵素體系不銹鋼、奧氏體鐵素體系（雙相）不銹鋼或者包含大量銅的奧氏體系不銹鋼所取代。
