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第五章 应力作用下的腐蚀 第一节 应力腐蚀破裂 第二节 氢损伤（氢脆） 第三节 腐蚀疲劳 第四节 磨损腐蚀 第一节 应力腐蚀破裂（Stress Corrosion Cracking SCC） 一 、应力腐蚀破裂的特征 1 发生应力腐蚀破裂需同时具备的三个条件： （1）特定的合金成分和组织：包括合金的晶粒大小、晶粒取向、形态、相结构、各类缺陷、加工状态等。 （2）特定环境：包括介质成分、浓度、杂质和温度。如下表引起合金产生SCC的某些介质； （3）足够大的拉伸应力（超过某一极限值） 3 只有拉伸应力引起应力腐蚀破裂，压应力不引起应力腐蚀破裂 拉伸应力的来源： （1）残余应力 （2）外应力和载荷（工作应力） （3）不均匀应力 （4）热应力 二 、应力腐蚀破裂的机理 1 快速溶解理论（电化学阳极溶解理论） 该理论认为，金属在应力和腐蚀的共同作用下，局部位置产生裂纹。这种裂纹的形成是由于电化学快速溶解而形成的。其过程： （1）金属表面存在一层保护膜。且膜上存在缺陷； （2）缺陷部位上的电极电势比其他完整部位低，成为活性点； （3）应力作用下，活性点处被破坏，成为腐蚀电池的阳极； （4）阳极面积小，阴极面积大，腐蚀电流加大，活性点处的金属溶解； （5）形成沟状裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速阳极溶解，使裂纹继续扩展，导致金属破裂。 应力腐蚀电化学快速溶解模型 2 表面膜破裂理论（滑移－溶解－断裂理论） （1）金属内部的位错在应力作用下滑移，造成位错重 新堆积； （2）应力加大，使位错滑移后的表面膜破裂； （3）膜的局部破裂，露出金属部分成为阳极被腐蚀介质溶解，形成“隧洞”； （4）由阳极溶解过程的阳极极化，使阳极周围重新钝化，形成保护膜； （5）在应力继续作用下。蚀孔底部应力集中使膜再次破裂，成为新的活性阳极区，加速阳极溶解，蚀孔进一步加深； （6）膜反复形成、破坏，使裂纹向纵深发展，形成穿晶型应力发生破裂； 三 应力腐蚀破裂的影响因素 以不锈钢的氯化物应力腐蚀破裂为例（不锈钢氯脆） 1 腐蚀介质 （1） 氯化物种类的影响 影响程度 Mg2+Fe2+Ca2+Li+Na+; （2） 氯化物浓度和温度的影响 在50℃～300℃内，同温度下，浓度升高，氯脆敏感性增大；随浓度升高，沸点升高，氯脆敏感性增大； 不锈钢构件在Cl-存在下发生SCC事例 1、 一个高压釜用18-8型不锈钢（铬镍奥氏体不锈钢，基本组成为Cr18Ni9）锻造，壁厚5cm。釜外用碳钢夹套通冷却水，冷却水为优质自来水，含氯化物量很低。高压釜进行间隙操作，每次使用后将夹套中的水排放掉，仅操作一段时间，高压釜外表面（冷却水侧）上形成大量裂纹。 问题：（1）腐蚀类型 （2）造成腐蚀的原因 2、 某厂一根304型不锈钢管道，输送138～149℃的蒸气，管子外表面发生SCC，造成蒸气外泄。破裂的位置在管子上的一个标牌下面，这个2.5cm×3.8cm的标牌是用聚氯乙稀塑料制作的。 问题：分析产生SCC的原因。 （3）pH的影响 应力腐蚀破裂的敏感区，pH值为6-7; pH值过低，引起金属全面腐蚀； pH值过高，氢氧化物膜形成，减缓应力腐蚀； （4）电势的影响 由于应力腐蚀破裂常发生在三个过渡电势区，由此，可用外加电流进行阳极或阴极极化来改变电势。 阳极极化使破裂时间缩短（加快应力腐蚀），阴极极化可以抑制腐蚀破裂。 2 力学因素 （1）应力的影响 发生应力腐蚀的应力主要来自材料的加工和使用过程； 产生应力腐蚀破裂的应力值一般低于材料的屈服点。在大多数产生应力腐蚀的系统中，存在一个临界应力值。 腐蚀开裂门槛值：应力腐蚀可在极低的应力下产生。一般认为当拉伸应力低于某个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称应力腐蚀开裂门槛值，用K1SCC表示。 在一个特定的破裂体系中，应力可能起的作用： ① 应力引起塑性变形，阻止裂纹尖端生成保护膜或使裂纹尖端膜不断破裂； ② 应力使腐蚀产生的裂纹向纵深发展，以便新鲜的电解液不断向裂纹延伸，使应力腐蚀持续进行； ③ 应力使晶界晶粒脱离开裂，裂缝沿着与拉应力垂直的方向向内延伸； ④ 应力使弹性能集中于局部，使腐蚀裂纹以脆化方式扩展； （2）表面状态的影响 不同的表面处理方法，造成的表面状态（粗糙度、残余应力）不同，应力腐蚀断裂的敏感性不同。 机械抛光比化学抛光、电解抛光的 SCC 敏感性大； 砂纸干磨比砂纸湿磨的 SCC 敏感性大； 喷砂、锤击减弱 SCC 敏感性； （3）合金成分的影响 不锈钢中合金元素： Ni Ni含量↑，耐SCC性能增强； C C含量0.2% 耐SCC性能增强，但晶间腐