应力腐蚀破裂是金属材料在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用(yòng)下导致的破坏现象,通常用(yòng)SCC (Stress Corrosion Cracking)表示。广义的应力腐蚀破裂包括氢脆。狭义的应力腐蚀破裂和氢脆的定义分(fēn)别如下:应力腐蚀破裂是指处于拉应力状态下的合金,在特定的腐蚀介质中,由于产生局限于合金内某种显微路径的阳极溶解(腐蚀)而导致破坏现象;氢脆是指处于拉应力状态下的合金,由于吸收氢(包括由腐蚀反应生成的氢)而产生的脆性破坏现象。两者區(qū)别是:应力腐蚀破裂是由于定向的阳极溶解而产生的破裂(阳极过程);氢脆是由于阴极吸氢而产生的脆性破坏(阴极过程)。两者原理(lǐ)示意图见图1-8。


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  金属应力腐蚀破裂必须有(yǒu)特定的条件。处于拉应力状态下,压应力不会产生应力腐蚀破裂;腐蚀介质和材料的组合上有(yǒu)选择性,在此特定组合以外的条件下,不产生应力腐蚀破裂;材料必须是合金,纯金属一般不产生应力腐蚀破裂。


  应力腐蚀裂纹的发展有(yǒu)贯穿晶粒型(叫做穿晶型SCC),也有(yǒu)沿着晶粒边界的(叫做沿晶型SCC),还有(yǒu)穿晶和沿晶的混合型。


  裂纹的特征:在宏观上,是起源于金属表面且分(fēn)布具有(yǒu)明显的局部性,垂直于外力或拉应力的裂纹(指主裂纹),裂纹的宽度较小(xiǎo),而扩展较深;在微观上,裂纹既有(yǒu)主干又(yòu)有(yǒu)分(fēn)支,典型的金相裂纹多(duō)貌似落叶后的树干和树枝,裂纹尖端较锐利。


  断口形貌:应力腐蚀破裂的宏观断口多(duō)呈脆性断裂;断口的微观形貌,穿晶型多(duō)為(wèi)准解理(lǐ)断裂,并常见河流、扇形、鱼骨、羽毛等花(huā)样,而沿晶型则多(duō)為(wèi)冰糖块状花(huā)样。


  应力腐蚀破裂影响因素很(hěn)多(duō),过程比较复杂,因此到目前為(wèi)止,对不锈钢应力腐蚀破裂的机理(lǐ)尚未取得统一的认识。对于奥氏體(tǐ)不锈钢应力腐蚀破裂,目前倾向于“滑移-溶解-断裂”學(xué)说(又(yòu)称為(wèi)力學(xué)化學(xué)理(lǐ)论 Mechano-chemical Theory)。


   在介质作用(yòng)下,铬镍奥氏體(tǐ)不锈钢表面上存在着借以耐腐蚀的保护膜(钝化膜)。在拉伸应力作用(yòng)下,位错沿着滑移面运动至金属表面,在表面产生滑移台阶,使表面膜产生局部破裂并暴露出没有(yǒu)保护膜的裸金属。有(yǒu)膜与无膜金属间形成微電(diàn)池,在介质作用(yòng)下,作為(wèi)阳极的裸金属产生阳极溶解。此时,保护膜的作用(yòng)不仅為(wèi)腐蚀过程提供了阴极,而且又(yòu)使阳极溶解集中在局部區(qū)域。显然,保护膜破裂后,若所暴露的裸金属一直处于活化腐蚀状态,则腐蚀必然会同时向横向发展,于是,裂纹尖端的曲率半径增大,应力集中程度随之减小(xiǎo),进而导致裂纹向纵向发展的速度变慢直至最后终止。但是,在实验室内和应力腐蚀工程事故分(fēn)析中均可(kě)看到,不锈钢应力腐蚀裂纹尖端非常微细。因此,一般认為(wèi),在裸金属受到腐蚀的同时,还存在一个能(néng)阻止腐蚀向横向发展的过程,才能(néng)使裂纹沿纵向发展,此过程就是不锈钢的再钝化。因此,滑移-溶解-断裂模型至少包括表面膜的形成、金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸金属的阳极溶解和裸金属的再钝化等四个过程,这些过程的反复进行,导致不锈钢的应力腐蚀断裂。


   至于铬镍奥氏體(tǐ)不锈钢的晶间型应力腐蚀,目前的主要见解有(yǒu):不锈钢晶粒间界贫铬區(qū)的选择性溶解、不锈钢中杂质沿晶界偏聚而引起的优先溶解、不锈钢中晶界沉淀相本身的溶解等。


  应力腐蚀破裂是腐蚀破裂事故中事例最多(duō)的,约占50%,特别是焊接引起的内应力是应力腐蚀破裂的主要应力来源。作為(wèi)焊接技术人员,尤其要注意焊接工程中的应力腐蚀破裂问题。


  為(wèi)了防止应力腐蚀破裂,首先要消除或减少一切应力,避免应力集中;其次要根据介质选用(yòng)耐应力腐蚀破裂的材料,使其不构成能(néng)产生应力腐蚀破裂的材料与环境组合。与奥氏體(tǐ)不锈钢相比较,铁素體(tǐ)不锈钢和奥氏體(tǐ)+铁素體(tǐ)双相不锈钢在氯化物(wù)水溶液中的耐应力腐蚀破裂性能(néng)要高得多(duō)。