第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂
§6.1应力腐蚀
一、应力腐蚀及其产生条件
1、定义与特点
（1）定义
（2）特点
特定介质（表6-1）
低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆
不锈钢——氯脆
铜合金——氨脆
2、产生条件
应力：外应力、残余应力；
化学介质：一定材料对应一定的化学介质；
金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。
二、应力腐蚀
1、机理（图6-1）
滑移——溶解理论（钝化膜破坏理论）
a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）；
b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）；
c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）2、断口特征
宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。
微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂。（见图6-2，和p2）
三、力学性能指标
1、临界应力场强度因子K ISCC
恒定载荷，特定介质，测K I~t f曲线。
将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子。
2、裂纹扩展速度da/dt
K I>K ISCC，裂纹扩展，速率da/dt
Da/dt~ K I|曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。
四、防止应力腐蚀的措施
1、合理选材；
2、减少拉应力；
3、改善化学介
质；4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。
§6-2 氢脆
由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆）
一、氢在金属中存在的形式
内含的（冶炼和加工中带入的氢）；外来的（工作中，吸H）。
间隙原子状，固溶在金属中；
分子状，气泡中；
化学物（氢化物）。
二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀（或称气蚀）
高压气泡（对H，CH4）
宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）；
微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。
2）白点（发裂）
氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局部胀裂。
宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。
3）氢化物
形成氢化物（凝固、热加工时形成）；或（应力作用下，元素扩散而形成）。
氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。
裂纹沿界面扩展。
4、氢导致延滞断裂
由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
原因：氢显著降低金属材料的断后伸长率。
条件：一定温度范围；慢速加载（恒载）
三、钢的氢致延滞断裂机理
三个阶段：孕育，亚稳扩展，失稳扩展。
1）孕育：
氢原子数量↑；扩散，偏聚。
2）机理
氢固溶，在位错线周围偏聚，形成气团；位错运动受阻，产生应力集中，萌生裂纹。
3）特点
①t
②应变速率高，不会出现氢脆。
③拉应力促进H溶解。
高强钢的氢致延滞裂还具有可逆性。
[循环软化]
四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系。
“相互促进”
阳极溶解、金属开裂
阴极吸氢，延滞断裂。
五、防止氢脆的措施
1）材料降低含氢量，细化组织
2）环境减少吸氢的可能性
3）力学因素减小残余应力
金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。因此它是一种危害性极大的破坏形式。& ^: M5
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按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反
应敏感型。https://www.doczj.com/doc/1917758603.html,! M! g" u2 C/ k* S o @0 k
阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度
决定。, @9 i2 E% O9 d) F \( `8 ?
阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆型应力腐蚀，也称氢脆。
通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个
方面说明4 J7 U: \) [& e- Q$ ?
1、应力
产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通常是比较轻微的。如果不是在腐蚀环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况
来确定。化工技术论坛 赠人玫瑰-手有余香5 B% L t1 }- k" T
2、腐蚀介质
产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。, b: Y0 w1 |& ?9 S
3、材料https://www.doczj.com/doc/1917758603.html,! ?5 W1 ` i. q% e6 K! s
一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。
4、破坏过程8 k* L. P+ k: m. G2 r
a.孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一
段时间，为裂纹的成核作准备。) J2 r& O5 U% b% j
b.裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联
合作用下，裂纹缓慢扩展化工技术论坛 赠人玫瑰-手有余香) b; x$ A6 g7 q+ h+ r' j1 d" ~# q c.裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破
坏。
另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无
效的。
腐蚀环境金属失效分析
1 腐蚀失效的分类
金属是最重要的工业材料。但是,金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用而引起腐蚀失效。从热力学的观点来看,除少数的贵金属(如金、铂)外,各种金属都有与周围介质发生作用而转变成离子的倾向。也就是说,金属受腐蚀是自然趋势。因此,腐蚀失效现象是普遍存在的,钢铁结构在大气中生锈,海船外壳在海水中腐蚀,地下金属管道穿孔,热电厂锅炉损坏,化工厂金属容器损坏等等,都是金属腐蚀失效的例子。据统计,1998年美国因腐蚀带来的经济损失高达2760亿美元,占美国GDP的3%以上。世界航空业因腐蚀原因造成的民航飞机的破坏占总破坏量的40%～60%,其中不乏因腐蚀失效造成的航空事故。
由于材料表面与环境介质发生化学或电化学反应而引起的材料的破坏或变质称为材料的腐蚀。腐蚀的分类方法很多,以下是两种常见的分
类方法。
1.1 按腐蚀机理分类
(1)化学腐蚀 金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏,其特点是在作用过程中没有电流产生。金属在干燥气体中的腐蚀,金属在
非电解质中的腐蚀都属于化学腐蚀。
(2)电化学腐蚀 金属表面与周围介质发生电化学作用而引起的破坏。其特点是介质中有能导电的电解质溶液存在,腐蚀过程中有电流产生。这类腐蚀最普遍,包括:大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、电解质溶
液腐蚀和熔融盐腐蚀。
1.2 按腐蚀破坏的形式分类
(1)均匀腐蚀 在全部或大部分暴露的表面上发生的相对均匀的腐蚀,例如铝合金在碱性溶液里发生的腐蚀。这类腐蚀容易分析和进行寿
命预测,容易防护。
(2)局部腐蚀 腐蚀主要局限于微小区域中。局部腐蚀的腐蚀速度通常比均匀腐蚀大几个数量级,而且难以发现,可能导致灾难性失效,因此它的危害要比均匀腐蚀大得多。局部腐蚀又可分为以下几类:点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、氢
损伤和腐蚀疲劳。
还可以按腐蚀环境分类,如前所述的海水腐蚀、土壤腐蚀、大气腐蚀、电解质溶液腐蚀、熔融盐腐蚀,以及生物腐蚀、非电解质溶液的腐蚀、杂散电流腐蚀和高温腐蚀(氧化、硫化)等等。
2 金属腐蚀的形貌和分析方法
2.1 均匀腐蚀
前面已介绍了均匀腐蚀的特点,它是从腐蚀的外观来定义的,因此仅凭外观观察就可以做出判断。均匀腐蚀(UniformCorrosion)中“均匀”一词并不很恰当,有人称为全面腐蚀(GeneralCorrosion),当然“全面”应该指被暴露的面。均匀腐蚀是最常见的、也是最简单的一种腐蚀形态。耐候钢、镁合金、锌合金和铜合金常发生均匀腐蚀,而钝化金属如不锈钢、铝合金或镍2铬合金则通常发生局部腐蚀,铝合金在碱溶液中会发生均匀腐蚀。发生均匀腐蚀的金属在化学成分、显微组织和受力状况方面在宏观尺度上是均匀的。腐蚀介质通常也是均匀的,而且可以无
障碍地接触金属表面。
取决于腐蚀产物是附着在金属表面还是脱离开金属表面,发生腐蚀后的材料厚度在外观上可以增厚,也可以减薄,但剩余的金属厚度总是减薄的,有时候需要通过截面金相来测定。因此金属材料的厚度损失经常
用来表征均匀腐蚀的程度。
2.2 点蚀
点蚀也是一种很常见的腐蚀形态,图1是某型航空发动机不锈钢叶片上的点蚀坑的剖面金相。这种形态的腐蚀通常发生在具有钝性的或有保护膜的金属上,而且环境的均匀腐蚀性相对较弱。点蚀难以发现,用常规的无损检测手段也难以检测,有时蚀孔的孔口被腐蚀产物覆盖,仅表现为一点微小的锈红色,很显然,这种情况下彩色照片比黑白照片更能显示蚀点。确认点蚀的方法是沿蚀孔深度方向制备金相磨片。沿纵深发展的蚀孔可能在材料绝大部分尚完整的情况下造成穿孔,引起泄漏,而危险物品的泄漏可能引发灾难性事故。蚀孔处的应力集中也可能导致断裂,图2所示是航空发动机的不锈钢叶片在蚀孔处萌生的疲劳裂纹。由于许多蚀孔
弥散分布,可采用ASTMG46《点蚀的检查和评价》对腐蚀损伤进行定量评估。点蚀的生长具有自催化能力,一旦开始生长,会加速生长。蚀孔内介质与外界的介质相比,氯化物浓缩,对蚀孔内进行成分分析,通常会发现明显的氯存在。发生点蚀时,环境介质通常是静止的。
钢铁、铜、镁、不锈钢、耐热合金、铝合金和钛合金等在大多数含有氯离子的介质中都有可能发生点蚀。含有氧化性金属阳离子的氯化物如三氯化铁、氯化铜和氯化汞等属于强烈的点蚀促进剂。
2.3 晶间腐蚀
晶间腐蚀是指晶界相或与之紧邻的区域作为阳极优先溶解,而晶内很少或没有腐蚀。发生晶界腐蚀后从材料的外观上有可能看不出任何变化。确认晶间腐蚀的方法是金相检验,抛光后无需侵蚀即可看到因腐蚀变粗变黑的晶界(图3)。发生晶间腐蚀的原因常常是在金属的热经历中曾经在某一温度段停留过一定时间,在此期间合金成分或杂质元素在晶界上富化或贫化,或者出现晶界析出物,使得晶界或晶界附近相对于晶内为阳极优先腐蚀,晶内为阴极。这种热经历称为敏化。消除敏化的措施是进行所谓稳定化处理,让晶界析出物重新溶解。焊接中焊缝两侧一定距离处的材料会正好处于敏化温度范围,接触腐蚀介质后,会在这个平行于焊缝的狭长区域中发生晶间腐蚀,称为焊缝腐蚀。构件发生晶界腐蚀后,很难用肉眼发现,但构件的强度已大大降低,在一个小载荷下就可能发
生沿晶分离。
可能发生晶间腐蚀的金属有不锈钢、镍合金、铝合金和铜合金。一般地讲,含有常规碳含量(>0.04%)、且不含碳化物稳定元素钛、铌的不锈钢对晶间腐蚀敏感,把碳含量降低至0.03%以下,或添加一定量的
钛、铌,则可降低敏感性。
变形铝合金有一种特殊形式的晶间腐蚀———剥层腐蚀或简称剥蚀。当铝合金被轧制、锻压或挤压成型材时,晶粒变形成为长条状,大量的晶界相互平行,并平行于材料的长度方向。当晶间腐蚀沿着长度方向进行时,材料被一层一层地分离。腐蚀产物堆积在晶界上,如同在晶界上打入了无数的小楔子,使构件在厚度方向发生膨胀,因此,构件表面鼓包和铆钉头断掉都是剥层腐蚀的症状。对剥蚀的确认方法仍然是金相检验。
3 应力腐蚀断裂的失效分析
3.1 应力腐蚀的条件
应力腐蚀断裂(简称SCC或应力腐蚀)是对SCC敏感的材料在环境和拉应力的同时作用下发生的脆性断裂。这里特别强调共同作用,先受拉应力再去掉应力单纯受腐蚀或先腐蚀后再去除腐蚀环境单纯受拉应力所引起的破坏都不是应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂是一种亚临界裂纹生长
现象,分为裂纹萌生、裂纹亚临界扩展和剩余截面最终过载断裂三个阶段。发生SCC时,环境的腐蚀性较弱,应力水平也低于材料的屈服强度,因此材料表面一般没有明显的腐蚀现象,材料也没有塑性变形,加之SCC裂纹很纤细,很难被发现,从而易发生突发性的断裂,造成灾难性后果。工程实践表明,SCC是很常见的同时也是很危险的一种断裂失效模式。
发生SCC需要同时满足两个条件:
(1)拉伸应力 虽然有学者认为在压应力作用下也能发生SCC,但是绝大多数SCC发生在拉应力作用下。应力可以来自工作载荷、冷加工或热加工的残余应力、装配应力及腐蚀产物的楔力等。对于光滑试样或工件存在一个SCC门限应力,对于预裂试样或工件,存在一个SCC门限应力强度因子KⅠSCC,低于它们则不发生SCC。
(2)特定的材料/环境组合 SCC的一大特点是需要材料和环境的特定组合。表1列出了常见的能发生SCC的材料/环境组合。SCC通常只
发生在合金上,纯金属很少发生。
航空涡轮发动机高压涡轮段的材料主要是镍基或钴基高温合金,材料承受着高温、熔融态的氯化物或硫化物的腐蚀以及工作应力。在高温、腐蚀介质和应力三者的共同作用下,可能发生熔融盐的SCC。这一失效机理曾造成近年来某型发动机多次发生涡轮叶片断裂。
3.2 应力腐蚀断口的特征
SCC裂纹和断口有一些独特的特征,按宏观和微观分别归纳如下,所谓宏观是指靠肉眼或光学放大的尺寸范围内,微观是指应用扫描电子显微镜进行观察的尺寸范围内。需要注意的是,这些特征只是多数SCC裂纹和断口的一般规律,某些材料/环境组合发生SCC时,会有一些例外。
3.2.1 SCC的宏观特征
由于SCC的发生需要腐蚀介质的参与,因此SCC裂纹多萌生于材料表面,裂纹源一般为局部腐蚀(比如点蚀或缝隙腐蚀)的蚀坑或其它类型的裂纹(如焊接和热处理裂纹)。SCC裂纹在宏观上是脆性的,即使原本韧性很好的材料发生SCC时也是脆性的,宏观上很少有塑性变形。微观上裂尖塑性变形很小,裂尖尖锐,导致很大的应力集中。许多SCC裂纹在宏观上分叉,裂纹平面与主应力基本垂直。与疲劳断裂相似,从裂纹亚临界扩展区尺寸与过载瞬断区尺寸的比例关系可以推测应力水平的高低。由于环境条件的变化或SCC/过载的交替进行,SCC断口上会出现海滩花样,应与疲劳区分开来。由于SCC断口常常由于腐蚀或介质污染而变色,这为区分SCC与疲劳提供了一条途径。
SCC主裂纹或主断口附近常出现表面裂纹,这些表面裂纹基本平行
于主断口,其机理也是SCC。在主断口上还会出现二次裂纹,图6就是垂直于主断口的剖面所看到的二次裂纹,仍然呈现分叉、沿晶的特点。因此,当主断口因腐蚀无法观察的情况下,打开表面裂纹或垂直于断口作剖面也许可以发现SCC的特点。由于表面裂纹和二次裂纹没有打开,不受试样清洗的影响,裂缝里保存了在发生SCC时的介质成分,某些组分还可能被浓缩,因此,对裂缝里进行微区成分分析可以较好地了解当时介质的
真实成分。
3.2.2 SCC的微观特征
SCC裂纹在材料中的路径有沿晶,也有穿晶,还有混合的,取决于材料、热处理和环境。铝合金、低碳钢、高强钢和α黄铜等材料的SCC断口为沿晶的,而镁合金和γ不锈钢出现穿晶分叉的SCC裂纹。沿晶断口常被轻微腐蚀或被少量腐蚀产物覆盖,以致电镜下沿晶小刻面的平面不光滑、棱角不锐利(图7),或者小刻面上有腐蚀坑,严重时小刻面上有腐蚀沟槽,即所谓“核桃纹”。用AC纸粘取断口表面的附着物后,可用电子探针、能谱或X射线荧光分析等进行成分分析,从中获取环境成分信息。穿晶SCC的断口呈现解理花样。由于腐蚀,SCC断口上有时会出现“泥纹花样”,这实际是腐蚀产物干燥后的龟裂,应注意区分是断裂后断口的腐蚀还是在腐蚀和应力共同作用下的断裂,后者才是SCC。
4 氢脆断裂的失效分析
4.1 氢损伤的特点和分类
氢损伤指在金属中发生的一些过程,这些过程导致金属的承载能力因氢的出现而下降。氢损伤可以按照不同方式分类。按照氢损伤敏感性与应变速度的关系可分为两大类。第一类氢损伤的敏感性随应变速度的增加而增加,其本质是在加载前材料内部已存在某种裂纹源,故加载后在应力作用下加快了裂纹的形成和扩展。第二类氢损伤的敏感性随应变速度的增加而降低,其本质是加载前材料内部并不存在裂纹源,加载后由于应力与氢的交互作用逐渐形成裂纹源,最终导致材料的脆性断裂。
4.1.1 第一类氢损伤
第一类氢损伤包括以下几种形式:
(1)
氢腐蚀 由于氢在高温高压下与金属中第二相夹杂物或合金添加物发生化学反应,生成的高压气体,这些高压气体造成材料的内裂纹和鼓泡,使晶界结合力减弱,最终使金属失去强度和韧性。
(2) 氢鼓泡 过饱和的氢原子在缺陷位置(如夹杂)析出后,形成氢
分子,在局部造成很高氢气压,引起表面鼓泡或内部裂纹。
(3) 氢化物型氢脆 氢与周期表中ⅣB或ⅤB族金属亲和力较大,容易生成脆性的氢化物相,这些氢化物在随后受力时成为裂纹源和扩展途
径。
氢在上述三种情况下造成了金属的永久性损伤,使材料的塑性或强度降低,即使从金属中除氢,这些损伤也不能消除,塑性或强度也不能恢
复,故称为不可逆氢损伤。
4.1.2 第二类氢损伤
第二类氢损伤包括以下几种形式:
(1)
应力诱发氢化物型氢脆 在稀土、碱土及某些过渡族金属中,当氢含量不高时,氢在固溶体中的过饱和度较低,尚不能自发形成氢化物。在加载后,由于应力作用,使氢在应力集中处富集,最终形成氢化物。这种应力应变作用诱发的氢化物相变,只是在较低的应变速度下出现的。然而,一旦出现氢化物,即使去载荷除氢,静止一段时间后,再高速变形,塑性也
不能恢复,故也属于不可逆氢脆。
(2)
可逆氢脆 含氢金属在缓慢的变形中逐渐形成裂纹源,裂纹扩展后最终发生脆断。但在未形成裂纹前,去载荷除氢,静止一段时间后再高速变形,材料的塑性可以得到恢复,为可逆氢脆。加载之前材料若已含有氢则称为内部氢脆,而在致氢环境中加载则称为外氢脆。人们通常所说的氢脆主要是指可逆氢脆,这是氢损伤中最主要的一种破坏形式,因此有时把氢损伤简单地称为氢脆。本文主要针对这种形式的氢损伤。
4.2 氢脆断口的特征
4.2.1 裂纹起源
工件如果不承受高水平的外加拉伸应力或残余拉伸应力,则氢脆裂纹通常起源于工件内部或近表面处。工件如果存在严重的应力集中,比如表面有尖锐的缺口,开裂可能起源于近表面处。
4.2.2 裂纹形貌
氢脆断口与其它脆性断口很相似,容易混淆,因此在进行失效分析时应慎重对待断口花样。氢脆裂纹通常是单一裂纹,没有明显的分叉。裂纹可以是穿晶的,也可以是沿晶的,还可以是混合的,有时随扩展的进行从一种花样转变为另一种花样。高强材料和有杂质的材料出现沿晶断口的可能性大,这时的晶界面相对于SCC的晶界面来讲,非常干净光洁。在延性不太好的合金中(体心立方),穿晶裂纹的花样可能是解理或准解理。在延性好的低强度钢或面心立方金属中,断口花样可能是韧窝,随着延性
下降,韧窝尺寸变小。
对于有预裂纹的高强度钢的氢致延迟断裂,断口花样与KⅠ/KⅠC的比值有关。比值大,机械断裂的比重大,断口呈现韧性花样(韧窝、准解理)的可能性大;比值小,则氢有充分的机会起作用,断口上出现脆性花样
(沿晶、解理)的可能性增加。
低碳钢的氢致沿晶断口很独特。材料变形时空洞首先在FeC3上形核,但优先沿晶界扩展,这样就获得了所谓的“韧性沿晶断口”,即断口是沿晶的,但晶界面是由韧窝构成;或在沿晶小刻面上出现细小的、发育不完整的韧窝(图9),即所谓“鸡爪痕”。有人认为这可能是氢气或甲烷气在晶界处形核的结果,也可能是氢增强局部塑性流变的结果。还有一种情况就是沿晶(或解理)与撕裂棱上的韧窝共存,这也是氢脆断口的特征之
一。
4.2.3 断口上的沉积
对于内部氢脆,断口上没有腐蚀产物,除非断开后断口接触过腐蚀介质。断口上的外来物质即使有也是痕量的,除非断口被污染过。对于痕量的断口表面物质,需要应用俄歇谱仪进行分析。
对于在水介质中发生的外氢脆,断口和整个暴露表面通常发生程度不一的腐蚀,腐蚀的阴极过程为氢脆的发生提供了氢。
5 腐蚀疲劳的失效分析
5.1 腐蚀疲劳的特点
材料在交变应力和腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂称为腐蚀疲劳。交变应力与腐蚀环境共同作用所造成的破坏要比单纯的交变应力造成的破坏(即疲劳)或单纯腐蚀作用造成的破坏要严重得多。严格地讲,除真空中的疲劳是真正的机械疲劳外,其它任何环境(包括大气)中的疲劳都是腐蚀疲劳,但人们常把大气中的疲劳排除在腐蚀疲劳之外。腐蚀
疲劳具有以下特点:
(1)任何金属在交变应力和腐蚀介质的共同作用下都会发生腐蚀疲劳。换句话说,腐蚀疲劳不像SCC那样需要材料与环境的特定组合。
(2)腐蚀疲劳裂纹很容易在材料表面形成,所以腐蚀疲劳的裂纹扩展寿命占总寿命的绝大部分,这一特点与SCC以及大气中的光滑疲劳试验
正好相反。
(3)腐蚀疲劳的S2N曲线无水平段,即没有疲劳极限,只得把人为规定的循环次数(107)所对应的应力称为条件疲劳极限。在相同条件下腐蚀疲劳S2N曲线总是位于机械疲劳S2N曲线的下方。
(4)交变应力变化频率对机械疲劳影响不大,但对腐蚀疲劳影响极
大。如果循环次数一定,频率越低,腐蚀介质与金属作用的时间就越长,腐
蚀疲劳就越严重。
(5)在海水中金属的腐蚀疲劳强度与其抗拉强度之间没有明显的关系,或者说提高材料的强度水平并不能提高它的腐蚀疲劳强度,但在空气
中却有明显的关系。
(6)腐蚀疲劳对应力集中不及大气中的疲劳敏感,尺寸因素对腐蚀疲
劳的影响则与大气中的疲劳相反。
5.2 腐蚀疲劳断口的特征
由于机理上的关联性,腐蚀疲劳断口与机械疲劳、SCC和氢脆断口有相似之处,应注意区分。在起源和扩展的不同阶段,可能发生腐蚀疲劳与其它断裂机理之间的转变,或者多种机理同时起作用。腐蚀疲劳裂纹起始于表面腐蚀坑或表面缺陷处,往往成群出现。腐蚀疲劳和机械疲劳都可能有多个起始点并扩展汇合成一条单一裂纹,但有时可区分两者:腐蚀疲劳经常有多条裂纹形成并同时平行扩展(图11);机械疲劳可能在工件的一个区域中的几个点上萌生出多条裂纹,但常是一条裂纹成为主裂纹,其它裂纹没扩展多远就汇入这条裂纹中。
与机械疲劳相似,腐蚀疲劳断口呈贝壳状,裂纹通常只有主干,很少分叉。裂纹平面垂直于主应力,多是穿晶扩展,但也有可能出现沿晶的或混合的。断口上既有腐蚀的特点,如腐蚀坑、腐蚀产物和二次裂纹等,又有疲劳的特点,如疲劳条带,但由于腐蚀的作用而比较模糊,有时由于腐蚀太严重以致断口上没有细节。要注意区分腐蚀是在开裂之后发生的还是与开裂同时发生的。如果断口局部区域有腐蚀,而四周无腐蚀,并且存在截然分明的边界,则应是开裂之后发生的腐蚀。
6 综合分析实例
飞机主起落架轮轴(材料:4340M钢)从中部断裂,断口圆周3点钟位至10点钟位区间腐蚀严重,已无法进行断口分析。对无腐蚀的10点钟位至3点钟位区间进行的断口分析结论为快速撕裂,人字纹的方向表明撕裂从10点钟位以下顺时针发展而来。根据轮轴承受三点弯曲载荷的特点,可以断定断裂起源于6点钟位附近。为弄清起源处的断裂机理,在6点钟位垂直于断口做剖面磨制金相试样,可见尖锐、沿晶、分叉的二次裂纹,是典型的SCC特点,由此可以确定断裂的起源为SCC。飞机滑跑时轮轴承受动态三点弯曲载荷,但这个时间很短。飞机升空后轮轴即卸载。每天飞机地面停放的时间相当长,轮轴承受长时间的静态三点弯曲载荷,轮轴长度方向中部的6点钟位承受最大的拉伸应力,该应力与积存于此处的腐蚀介质的共同作用,造成SCC。SCC裂纹从轮轴底部沿两侧圆周向上扩展,达到临界尺寸后发生轮轴的快速过载断裂。轮轴开裂后继续接触
腐蚀介质,造成断口严重腐蚀。对断口上的铁锈和二次裂纹缝内进行EDAX分析,发现除轮轴材料成分和氧外还有钠、钾、钙、铝、铜和磷,这些成分与飞机清洗水的成分相符。
轮轴的内、外表面有腐蚀,集中在轮轴长度方向的中部并圆周方向的正下方(6点钟位)。这正是轮轴受载后的最低点,可以断定腐蚀介质确实进入了轮轴内部和轮轴外表面与轴套之间的间隙处,积存于这些部位,导致了这些部位的腐蚀。为弄清腐蚀介质的进入途径,查图纸知,在断口附近有一个供电缆穿出的孔,位于轮轴圆周方向的2点钟位,孔斜向上通往外部大气,靠橡胶密封。从图13可见,孔壁的下表面和孔口下方有腐蚀,表明腐蚀介质由该孔流入。可以断定密封橡胶失效导致飞机清洗水
或雨水从此孔流入。
轮轴外表面有硬铬镀层,应该为轮轴基体提供良好的保护。但是,由于硬铬镀层在拉应力作用下开裂,腐蚀介质沿裂缝到达基体材料,由于铬相对于钢为阴极性镀层,从而导致基体材料的腐蚀。铬不腐蚀,但基体的腐蚀导致镀层的剥落。这一现象表明轮轴的防腐体系存在不足。
编号：SY-AQ-09483 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 金属管道腐蚀防护基础知识 Basic knowledge of metal pipeline corrosion protection
金属管道腐蚀防护基础知识 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。 1．什么叫金属腐蚀？ 金属腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。 2．金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为哪几种？ 金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 3．常用的防腐措施有哪几种？ 常用的防腐措施有涂层、衬里、电法保护和缓蚀剂。 4．什么叫化学腐蚀？ 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。 5．什么叫电化学腐蚀？ 电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的
现象。 6．缝隙腐蚀是如何产生的？ 许多金属构件是由螺钉、铆、焊等方式连接的，在这些连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙，其缝宽（一般在 0.025~0.1mm）足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。 7．什么是点腐蚀？ 点腐蚀是指腐蚀集中于金属表面的局部区域范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。 8．点蚀和坑蚀各有什么特征？ 点蚀：坑孔直径小于深度；坑蚀：坑孔直径大于深度。 9．什么是应力腐蚀，应力腐蚀按腐蚀机理可分为几种？ 由残余或外加拉应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程称为应力腐蚀。应力腐蚀按腐蚀机理可分为：（1）阳极溶解（2）氢致开裂。
应力腐蚀断裂精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、或在静(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有 害物质浓度往往很低，如大气中微量的H 2S和NH 3 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
管道的应力腐蚀断裂参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月 管道的应力腐蚀断裂参考文本
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第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂 §6.1应力腐蚀 一、应力腐蚀及其产生条件 1、定义与特点 （1）定义 （2）特点 特定介质（表6-1） 低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆 不锈钢——氯脆 铜合金——氨脆 2、产生条件 应力：外应力、残余应力； 化学介质：一定材料对应一定的化学介质； 金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。 二、应力腐蚀 1、机理（图6-1） 滑移——溶解理论（钝化膜破坏理论）
a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）； b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）； c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）2、断口特征 宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。 微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂。（见图6-2，和p2） 三、力学性能指标 1、临界应力场强度因子K ISCC 恒定载荷，特定介质，测K I~t f曲线。 将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子。 2、裂纹扩展速度da/dt K I>K ISCC，裂纹扩展，速率da/dt Da/dt~ K I|曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。 四、防止应力腐蚀的措施 1、合理选材； 2、减少拉应力； 3、改善化学介
质；4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。 §6-2 氢脆 由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆） 一、氢在金属中存在的形式 内含的（冶炼和加工中带入的氢）；外来的（工作中，吸H）。 间隙原子状，固溶在金属中； 分子状，气泡中； 化学物（氢化物）。 二、氢脆类型及其特征 1、氢蚀（或称气蚀） 高压气泡（对H，CH4） 宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）； 微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。 2）白点（发裂） 氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局部胀裂。 宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。 3）氢化物 形成氢化物（凝固、热加工时形成）；或（应力作用下，元素扩散而形成）。 氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。
金属材料的应力腐蚀 金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。因此它是一种危害性极大的破坏形式。 按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反应敏感型。 阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。 阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆型应力腐蚀，也称氢脆。 通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个方面说明 1、应力 产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通常是比较轻微的。如果不是在腐蚀
环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况来确定。 2、腐蚀介质 产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。 3、材料 一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。 4、破坏过程 a.孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。 b.裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展 c.裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破坏。 另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。
关注碱性应力腐蚀开裂 碱溶液中的腐蚀 在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。 一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。 合金抗碱溶液腐蚀的能力 碳钢和低合金钢 任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。 铁素体不锈钢 高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊 接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用 于压力容器。 奥氏体不锈钢 研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度 和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀 开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100° C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮 廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。 300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能 会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察 到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。 对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不 锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。 双相不锈钢 双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的 能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具 有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金， 抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205 不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。 高含镍量的奥氏体不锈钢 高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利 和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合 金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。 镍合金 在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
管道的应力腐蚀断裂 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中 H2S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国 1955 年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越 来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCracKing而来的，其定义为：在应力和介质联 合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a 小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或( 和 ) 环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀 断裂。一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁 放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小 和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程， 它又可分为阳极过程和阴极过程，这二者是共存的。 金属原子是由带正电的金属离子，对钢来说，就是二价的铁离子 F2+和周围带负电的电子云 ( 用 e- 来表示）构成的，如下所
示： Fe→ Fe2++2e-上式是一个可逆反应。当铁遇到水，铁离子Fe2+ 和水化合的倾向比 Fe2+与 e- 结合成金属的倾向还要强，因此金 属铁遇到水后就会发生如下反应： 上式放出电子e- ，故称为阳极反应。 阳极反应所放出的电子必须通过阴极过程( 即吸收电子的过 程) 被取走，式的反应才能继续存在，否则该式将是可逆的。 一种常见吸收电子的阴极过程是吸氧过程，见下式： O2+2H2O+4e→- 4OH-氢氧根 OH-和铁离子F e2+结合，就会产生铁锈，即 Fe2O3 2Fe2++60H-→ Fe2O3·3H2O综合阳极过程和阴极过程，即联合上两式，可写出下式： 4Fe+nH2O+3O2→ 2Fe2O3·nH2O 由上式可以看出，钢管生锈的条件为第一要接触水( 或潮湿的空气 ) ，第二要接触空气，以提供 O2前者是阳极过程，后者是阴极过程。 实验表明，和腐蚀介质相接触的阳极金属介面上会形成一层 致密的复层，即纯化膜，它能阻碍阳极金属进一步溶解。但金属
/ 实验教学 / - 131 - 2013年2月下 第06期（总第300期） 10.3969/j.issn.1671-489X.2013.06.131 金属材料应力腐蚀裂纹的探讨 陶勇 四川建筑职业技术学院 四川德阳 618000 摘 要 金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施以防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行探究。关键词 金属材料；应力腐蚀；裂纹 中图分类号：T G111.91 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2013)06-0131-02Discussion of Metal Material Stress Corrosion Crack //Tao Yong Abstract Corrosion means the process which metal is damaged by the environmental medium through chemical and electrochemical action. According to the actual project situation, with the help of the study of stress corrosion crack issues, we have explored the methods about how to deal with such problems effectively and prevent the crack in the design.Key words Metal material; stress corrosion; crack 1 应力腐蚀概论 应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。1.1 金属材料应力腐蚀裂纹 金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。1.2 氢脆理论 依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。 金属材料并非是在各种腐蚀环境中均出现应力腐蚀裂纹。不同的金属材料的应力腐蚀均需一定的腐蚀环境。因各金属材料适用范围的逐渐扩大，腐蚀环境的类型也呈现数量 增加的趋势[1]。 2 金属材料发生应力腐蚀的特征 通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，可从4个方面来加以说明。2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力 只有处于应力（特别是拉应力）的状态下，才会发生应力腐蚀裂纹。发生应力腐蚀的应力属于其中的静态部分，它既可能是外加载荷或者装配力（包括拧螺栓、胀接力等）引发的应力，也可能是构件在制造、热处理、焊接等加工阶段中发生的内应力。不论来源怎样，造成应力腐蚀裂纹的应力一定包含拉伸应力的成分，压缩应力是不能引发应力腐蚀裂纹的。而且，此种应力往往是很轻微的，若不是在腐蚀环境条件中，此弱小的应力是不能够让构件产生机械性破坏的。促成破坏的应力值要依据材料、腐蚀介质等实际情况来定[2]。2.2 促成一定金属材料产生应力腐蚀的环境介质是特定的 发生应力腐蚀的材料与介质并非任意的，只在两者处于某种组合时才能产生应力腐蚀。引发一般钢应力腐蚀的腐蚀介质包括的溶液有：氢氧化物；含有硝酸、碳酸盐、硫化氢的水；海水，硫酸与硝酸混合；融化的锌、锂；热状态的三氯化铁；液体氨。引发奥氏体不锈钢应力腐蚀介质包括的溶液有：具有酸性、中性的氯化物；海水；热融的氯化物；热状态的氟化物、氢氧化物[3]。2.3 金属材料 通常极纯的金属不会发生应力腐蚀破坏，只是处于合金或者包含杂质的金属中才能够产生。因为金属材料与腐蚀环境互相作用的状况不尽相同，金属材料应力腐蚀裂纹也都不尽相同。裂纹或沿晶粒边缘发生；或延伸到晶粒内部而又明显分枝；裂纹或与晶粒边缘、晶粒内部都没有关系。2.4 破坏过程 金属材料应力腐蚀裂纹，往往在没有意料的状况下突然 （下转P134）
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀 是材料、或在静 （主要是拉应力 ）和腐蚀的共同作用下产生的失效现 象。 它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧 急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜 被腐蚀而受 到破坏 , 破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极 , 阳极处的金属 成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电 流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹， 裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还 能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应 力腐蚀， 不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合 避免使用对应力腐蚀敏感的材料 , 可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 加工，制造，热处理 引起的内应力。 装配，安装形成的内应力。 温差引起的热应力。 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要 的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开 裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金 可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物 质浓度往往很低，如大气中微量的 H 2S 和NH 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。 空气中少量NH 是鼻子嗅不到 而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响 理选材， 如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构 件，减 少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。 采用金属或 非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也 可减小或停止应力 腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究， 并分析比较应力腐蚀断裂 其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的 测试方法与本文中重点分析之处 结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1． 2． 3 ． 4 ．
天然气输送管线钢应力腐蚀开裂原因 管道运输是当前油气运输中运用的最为广泛的一种运输方式，其具有较高的经济性和方便性，近些年来，随着市场经济的快速发展，对于能源的需求量也在不断的增加，这就对油气管道运输提出了更高的要求，实现长距离、高压力的运输是我国油气管线运输的必然选择，同时要求运输管道必须要具有较强的耐腐蚀性，才能够满足油气运输的要求。本文就针对天然气输送管线钢应力腐蚀开裂的相关问题进行简单的分析。 标签：油气运输；天然气输送管线钢；应力腐蚀开裂 高压长输管线的腐蚀开裂问题是当前管道建设中受到普遍关注的问题之一，因为很多在耐性的油气管线运输事故都是由于输送管线发生腐蚀开裂所引起的，其造成的损失是巨大的。因此，作为长输管线，必须要具备较强的抗腐蚀和抗裂能力，才能有效的避免各种断裂事故的产生。在通常情况下，有些管线的细微裂纹不会发生迅速扩展，如果能够将其驱动力控制在合理的范围内，百年能够有效的将其破坏程度降到最低，这也是预防灾害事故的一个有效措施。所以，针对天然气输送管线钢应力腐蚀开裂问题的研究有着十分重要的意义。 1 应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂指的是管线钢在一定的压力和腐蚀环境下所产生的开裂现象，通常缩写为SCC。在油气管线运输过程中，引起管线钢应力腐蚀开裂的现象需要同时满足以下几个条件：第一，拉应力，包括在操作过程中产生的工作应力、参与应力以及热应力等，拉应力的存在会导致管线应力产生集中的现象，容易造成材料钝化膜的破坏；第二，特定的腐蚀环境，通常指的是管线涂层的剥落以及土壤、水质中碳酸、硝酸等元素的存在；第三，管线的敏感性，其主要与管道的选材、制造工艺、钢材表面的清洁度等有着直接的联系。管线钢应力腐蚀开裂的产生，是在多方面应力作用的影响下形成的，其并不是简单的腐蚀和开裂两个应力的直接作用，因为这两个因素相互叠加所产生的应力与单个因素相比会大几倍，如果将其中的一个作用因素进行消除，那么另一个因素所产生的破坏作用就十分微弱。通常情况下，单纯的应力腐蚀开裂产生的破坏作用并不需要很大，如果没有腐蚀介质的才能在，那么管线就不容易产生开裂；相反，如果没有开裂，那么腐蚀介质的存在也不会产生较大的破坏作用。总之，应力腐蚀开裂的产生是在特定的条件下产生的，需要同时满足上述三个条件，才能形成较为严重的破坏。 2 pH值对管线钢应力腐蚀开裂的影响 通常情况下，管线钢应力腐蚀开裂的影响因素，可以从介质的种类和浓度、钢材的强度和化学成分以及温度等相关的因素几个方面分析，相关的研究文献也较多。而pH值对于管线钢应力也有着十分重要的影响，具体可以从以下几个方面分析：
[分享] 腐蚀的分类及特点 特点, 腐蚀, 分类 - 腐蚀的分类及特点腐蚀的分类及特点 1 点蚀 点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。点蚀经唱法生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。 由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如Cl－）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性—钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。 在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%～25%。流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。 PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进点蚀的产生。但某些含氧阴离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）能防止点蚀。 点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源。 2 缝隙腐蚀 在电解液中，金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀常发生在设备中法兰的连接处，垫圈、衬板、缠绕与金属重叠处，它可以在不同的金属和不同的腐蚀介质中出现，从而给生产设备的正常运行造成严重障碍，甚至发生破坏事故。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加；PH值减小，阳极溶解速度增加，缝隙腐蚀量也增加；活性阴离子的浓度增加，缝隙腐蚀敏感性升高。但是，某些含氧阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。 3 应力腐蚀 材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等）下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。 应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。 应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。 应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化
金属/设备的应力腐蚀及预防措施 一、应力腐蚀的机理和特点 1．应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同时作用下产生脆性破裂，叫应力腐蚀破裂。 2．应力腐蚀破裂的裂缝形态----主要有二种： a.沿晶界发展，称晶间破裂。 b.裂缝穿过晶粒，称穿晶破裂。 也有混合型，主逢为晶间型，支缝或尖端为穿晶型。 3．应力腐蚀的特征---- a.必须存在拉应力（外加载核、热应力、冷/热加工或焊接后的残余应力等），若存在压应力则可抑制这种腐蚀。 b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。也就是说一般只发生在一定的体系，如奥氏体不锈钢/CI-体系，碳钢/NO-3体系，铜合金/NH+4体系等。根据介质主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐、氨、含氧水及硫化物等，而分别称为氯裂（氯脆）、碱裂（碱脆）、硝裂（硝脆）、氨裂（氨脆）、氧裂（氧脆），还有硫化物应力开裂等。 c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂。 d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀常常很轻，而且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性
腐蚀类型。 4．应力腐蚀的机理----应力腐蚀的机理很复杂，按照左景伊提出的理论，破裂的发生和发展可区分为三个阶段： a.金属表面生成钝化膜或保护膜。 b. 钝化膜或保护膜局部破裂，产生孔蚀或裂缝源。 c.裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用下，以垂直于应力的方向深入金属内部。裂缝多半有分枝，裂缝端部尖锐，端部的扩张速度很快，断口具有脆性断裂的特征。 二、应力腐蚀试验方法 根据应力的加载方法不同，应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类： 恒变形法----给予试样一定的变形，对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定 恒载荷法(SSCC)----方法有拉伸试验、弯梁试验、C形环试验、双悬臂梁试验，常用拉伸试验，即把单轴拉伸型的试样进行H2S水溶液应力腐蚀试验，试验介质为%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液，试验在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行。试验时按不同的应力级别（取材料屈服强度的百分比）分别对试样加载，经过一定时间后发生应力腐蚀开裂，记录其断裂时间。最长试验周期为720小时，把试样在720小时不发生断裂视为合格。通过试验达到二个目的：（1）检测材料在一定的应力级别下是否很好地抵抗应力腐蚀开裂；（2）可以测定材料的“临界拉伸应力σth”,对同样的材料分别施加不同的应力级别，试
应力腐蚀 （一）应力腐蚀现象 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。 3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 常见合金的应力腐蚀介质： 碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。 马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1917758603.html, 浅谈金属材料的应力腐蚀问题 作者：陶勇 来源：《学习导刊》2013年第11期 【摘要】金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行了探究。 【关键词】金属材料；应力腐蚀 1.应力腐蚀概论 应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。 1.1 金属材料应力腐蚀裂纹 金属材料在一定的腐蚀环境中，被应力作用，因金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。 1.2 氢脆理论 依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明如下：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定。2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。 2.金属材料发生应力腐蚀的特征 我们通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，我们可从以下四个方面来加以说明。 2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即