工业腐蚀与防护--12应力腐蚀开裂

工业腐蚀与防护--12应力腐蚀开裂




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应力腐蚀开裂的定义
广义的应力腐蚀开裂包括氢脆，但通常是把氢脆与应力腐蚀开裂分开来处理的，应力腐蚀开裂与氢脆的定义如下。
1、应力腐蚀开裂。金属设备和部件在应力和特定的腐蚀性环境的联合作用下，出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂或应力腐蚀破裂，简称SCC。
2、氢脆。处于拉应力状态下的合金，由于吸收氢(包括吸收由腐蚀反应生成的氢)而产生的脆性破坏现象。
应力腐蚀按机理可分为阳极溶解型和氢致开裂型两类。
如果应力腐蚀体系中阳极溶解所对应的阴极过程是吸氧反应，或者虽然阴极是析氢反应，但进入金属的氢不足以引起氢致开裂，这时应力腐蚀裂纹形核和扩展就由金属的阳极溶解过程控制，称为阳极溶解型应力腐蚀。

如果阳极金属溶解(腐蚀)所对应的阴极过程是析氢反应，而且原子氢能扩散进入金属并控制了裂纹的形核和扩展，这一类应力腐蚀就称为氢致开裂型应力腐蚀。
由此可见，应力腐蚀开裂与氢脆的主要区别:前者是由于定向的阳极溶解而产生的开裂:后者是由于阴极吸氢而产生的破坏。因而，在应力作用下，外加电流阳极极化能加速开裂的为应力腐蚀开裂;外加电流阴极极化能加速开裂的为氢脆；
应力腐蚀开裂造成的金属损坏不是力学破坏与腐蚀损坏两项单独作用的简单加合。因为在腐蚀介质中，在远低于材料屈服极限的应力下就会引起开裂;在应力的作用下，腐蚀性极弱的介质就可能引起腐蚀开裂。
随着介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等，分别称为氯裂(氯化物开裂或氯脆)、碱裂(碱脆)及硝裂(硝脆)等
发生应力腐蚀开裂的条件
设备和部件发生应力腐蚀开裂必须同时满足材料、环境及应力三者的特定条件，首先要有发生局部腐蚀的介质条件，控制金属的阳极溶解过程。应力的主要作用在于对钝化膜的破坏及其再钝化的抑制，从而促进局部腐蚀。
(1)材料
材料在所处的环境中形成良好的保护膜，具有良好的耐全面腐蚀性能，在这种条件下，当保护膜在应力与腐蚀的联合作用下局部遭到破坏，开裂过程才得以进行。若材料表面生成的膜没有足够的保护性，全面腐蚀很严重，就不会发生应力腐蚀开裂。因此，应力腐蚀开裂一般仅发生于耐全面腐蚀性能良好的材料。
(2)应力
当有应力存在时，应力愈大，发生开裂所需的时间愈短。一般在低于材料屈服强度的情况下，会发生应力腐蚀开裂。引起不锈钢应力腐蚀开裂的应力主要来源见表4-25。据报道因加工制造过程中所产生的残余应力而引起的应力腐蚀开裂占总应力腐蚀开裂事例的81.5%。
(3)环境
介质中含有某些对发生应力腐蚀开裂有特殊作用的离子、分子时，会导致应力腐蚀开裂。一般来说，可以引起不锈钢孔蚀和缝隙腐蚀的介质都可能引起不锈钢的应力腐蚀开裂。
形貌特征
(1)外观形貌
应力腐蚀开裂的外观形貌概括起来有如下特征:
1、裂纹出现在设备或构件的局部区域，而不是发生在与腐蚀介质相接触的整个界面上，裂纹的数量不定，有时很多，有时较少，甚至只有一条裂纹;
2、裂纹一般较深、较窄，裂纹的走向与设备及构件所受应力的方向有很大关系，一般说来，裂纹基本上与所受主应力的方向相垂直，但在某些情况下，也会呈现明显的分叉裂纹;
3、设备及部件不产生明显的塑性变形;
4、需要特别指出的是，还有一种隐形的应力腐蚀开裂，即在设备及构件的外观上不显露裂纹，而呈现腐蚀坑，但若将其剖开，却存在着始于腐蚀坑底部的应力腐蚀裂纹；
常用几种材料的应力腐蚀开裂
铁素体不锈钢在氯化物溶液中的耐应力腐蚀开裂性能

铁素体不锈钢在氯化物溶液中的耐应力腐蚀开裂性能比奥氏体不锈钢高得多，除负荷应力很大的情况以外，一般是不发生腐蚀开裂的。原因是变形时容易产生交叉滑移，形成网状位错结构，在介质中不产生线状蚀沟，故耐穿晶破裂。但铁素体不锈钢受敏化加热(例如焊接)之后，在高温高压水中能发生起源于晶间腐蚀或起源于孔蚀的晶间型应力腐蚀开裂；
奥氏体-铁素体双相不锈钢的应力腐蚀开裂
奥氏体-铁素体双相不锈钢在很多介质中具有优良的耐应力腐蚀性能，其应力腐蚀行为与钢的成分、热处理状态、介质条件等许多因素有关。
含CI介质中耐应力腐蚀性能
双相不锈钢在MgCl2溶液中的耐应力腐蚀性能比316L和304L等奥氏体不锈钢高得多。在应力水平较低的情况下，双相不锈钢难以产生应力腐蚀破裂。

工业腐蚀与防护汇总贴
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【海川化工技术文档】国外某企业316L不锈钢烟囱的早期失效失效分析
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【海川春节茶馆】回到老家看到的老物件，你认识吗？（52）讲究人家才有的老物件
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【海川管道设计常见问题】汇总贴，图文对照更新中，欢迎参与讨论
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