应力腐蚀概述
应力腐蚀的特点
应力腐蚀的特点
和影响
应力腐蚀是一种金属材料缺陷形成的过程，它是由于应力集中而引起的材料缺陷，是一种不寻常的腐蚀现象。
特点：
1. 应力腐蚀的发生不受腐蚀介质的影响，不需要外部腐蚀介质的存在，但是需要有一定的应力集中。
2. 应力腐蚀的形成受应力的大小和时间的影响，应力越大，腐蚀的速度越快，而且腐蚀的深度也越深。
3. 应力腐蚀的形成不受金属材料的种类的影响，几乎所有的金属材料都可以受到应力腐蚀的影响。
4. 应力腐蚀的形成受温度的影响，温度越高，应力腐蚀的形成越快。
影响：
1. 应力腐蚀会对金属材料的强度和硬度造成影响，会使金属材料的强度和硬度降低。
2. 应力腐蚀会对金属材料的表面形貌造成影响，会使金属材料的表面变得不平整，影响金属材料的外观。
3. 应力腐蚀会对金属材料的密度造成影响，会使金属材料的密度降低。
4. 应力腐蚀会对金属材料的耐腐蚀性造成影响，会使金属材料的耐腐蚀性降低。
应力腐蚀概述
应力腐蚀概述应力腐蚀是一种材料在同时受到应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。
它被广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。
应力腐蚀的研究对于提高材料的耐蚀性能以及确保工程结构的安全是至关重要的。
本文将对应力腐蚀的定义、机理、预防措施以及相关领域的应用进行概述。
一、应力腐蚀的定义应力腐蚀是指金属材料在受到应力和特定腐蚀介质作用下产生的破坏。
这种破坏的特点是剧烈，严重影响材料的使用寿命和安全性。
应力腐蚀与单独的应力或腐蚀介质作用下的腐蚀具有明显的区别，需要同时满足应力和特定腐蚀介质的作用才会发生。
二、应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理非常复杂，一般包括三个要素：金属材料、应力和腐蚀介质。
在应力腐蚀环境中，金属表面的被动膜被破坏，导致金属原子与腐蚀介质发生直接作用。
这种作用会引起金属表面的溶解，形成裂纹或表面腐蚀。
同时，应力会加剧腐蚀过程，并促使裂纹的扩展和破坏。
三、应力腐蚀的预防措施为了减少应力腐蚀的发生，可以采取一系列的预防措施。
首先，选择适合的材料是非常重要的。
某些材料对特定腐蚀介质表现出更好的抗腐蚀性能，因此在设计和使用过程中应选择这些材料。
其次，通过适当的设计和加工可以减少应力的集中和作用时间，从而降低应力腐蚀的风险。
此外，应在设计和施工中注意腐蚀控制和材料保护，定期检测和维护工程结构的完整性。
四、应力腐蚀在相关领域的应用应力腐蚀广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。
在航空航天领域，应力腐蚀是导致飞机、火箭和导弹等航天器件失效的主要原因之一。
在核能领域，应力腐蚀研究对于保证核反应堆的安全运行至关重要。
此外，应力腐蚀还在化工、石油、冶金等工业领域具有重要意义，对于设备的正常运行和人们的生命财产安全具有重要的保障作用。
结论应力腐蚀是金属材料在应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。
它需要同时满足应力和腐蚀介质的作用才会发生，具有剧烈的破坏性。
为了减少应力腐蚀的发生，可以采取材料选择、设计和加工、腐蚀控制等预防措施。
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P1295．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类6．第一类氢脆里的三种形式：氢腐蚀，氢鼓泡、白点，氢化物型氢脆7．第二类氢脆两种形式：应力诱发氢化物型氢脆，可逆氢脆8．氢脆的特征：氢蚀，白点宏观断口形貌9．氢的延迟断裂，氢致开裂过程10．氢致脆断的断口形貌特征P13111．减少氢脆倾向的途径：降低内氢的措施，降低环境氢的活性12．氢脆的特点(1)实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速,则为应力腐蚀,而当施加一小阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。
应力腐蚀
（1）SCC对环境有选择性 （2）氧化剂的存在有决定性作 用 （3）温度有着重要的影响。一般来说，温度升
高，材料发生SCC的倾向增 大。 （4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更
容易发生 。
1000
氧
PPM
2
100
10
2
2
2
5 11
1 2
2
1
0。1 0。01
0。1
2 3
1 3 2
42
1 M.D
(30)
2 M.D
(30)
M.D (100) M.D (100)
N (>200) M.D (100)
N (>200)
N (>200)
N (150)
N (150)
N (150)
N (150)
oCr18Ni12Mo 2
(80×7.25管 材)
1 M.D
(30)
M.D (100)
D (100)
D (150)
2 M.D
(30)
M.D (100)
D (100)
M. D (100)
N:未破裂
M:母材内破裂
括号内数字为试验时间
N (150)
N (150)
N (150)
N (150)
D:焊缝内破裂
应 力
（ 30
公 斤 ／
毫 20
米 ）
10
未喷丸处理 喷丸处理
²
10²
10³
10⁴
破断时间（分）
钝化表面上的阴极反应： 2H2O+2e H2+2OH-
½ H2O+2e 2OHH2出口
H
应力腐蚀 美标-概述说明以及解释
应力腐蚀美标-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:应力腐蚀是一种特殊的腐蚀形式，是金属在同时受到应力和特定介质环境影响时发生的一种破坏。
它不仅会影响金属件的外观和性能，还可能造成严重的安全隐患，特别是在高温高压、化学腐蚀环境下。
因此，对于应力腐蚀的研究和控制具有重要意义。
美国标准对应力腐蚀的规定和控制要求严格，旨在保障材料的安全可靠性。
在这篇文章中，我们将深入探讨应力腐蚀的定义、美国标准对于应力腐蚀的规定以及应力腐蚀带来的危害和影响。
通过对这些内容的研究，我们可以更好地了解应力腐蚀的机制和防范措施，为相关领域的工程师和科研人员提供有益的参考和指导。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将介绍应力腐蚀和美国标准对其规定的背景，明确文章的讨论重点和目的。
正文部分将详细阐述应力腐蚀的定义、美国标准对应力腐蚀的规定以及应力腐蚀对材料的危害和影响。
通过对应力腐蚀的机理、特点和影响因素的分析，使读者对该问题有更深入的了解。
结论部分将对全文的内容进行总结，提出预防应力腐蚀的措施并展望未来的研究方向。
通过对已有知识的总结和展望，为读者提供更加全面的视角和启发思考。
1.3 目的目的:本文旨在探讨应力腐蚀在工程领域中的重要性及其对设备和结构的危害，同时对美国标准在应力腐蚀方面的规定进行深入分析和解读。
通过深入了解应力腐蚀的定义、规定和危害，进一步加强工程师和相关从业人员对这一问题的认识，提高在工程设计和实施过程中对应力腐蚀问题的警惕性和预防能力，保障工程设备和结构的安全运行和可靠性。
同时，希望通过本文的研究，为今后改进和完善相关标准提供参考和借鉴，促进应力腐蚀防治技术的进步和发展。
2.正文2.1 应力腐蚀的定义应力腐蚀是一种在特定环境下由于材料受到外部应力作用而导致腐蚀的现象。
应力腐蚀是一种复合腐蚀形式，通常需要同时存在腐蚀环境和应力。
这种腐蚀形式常常发生在金属材料中，尤其是在高强度合金和不锈钢中。
铝合金的应力腐蚀
铝合金的应力腐蚀
铝合金在一定的应力条件下，可能发生应力腐蚀现象，即在应力的作用下，合金的表面可能发生腐蚀。
应力腐蚀是由应力、腐蚀介质和材料的特性共同作用引起的。
铝是一种具有良好耐腐蚀性能的金属，但铝合金中的其他合金元素（如铜、锌等）可能会导致其发生应力腐蚀。
应力腐蚀可以通过以下三种机制之一发生：
1. 子晶腐蚀：在高应力下，腐蚀介质中的活性粒子容易穿过合金的氧化层，进入到晶界处造成腐蚀。
这种腐蚀在晶界形成腐蚀空洞，对材料的强度和延展性都有不良影响。
2. 疏气孔腐蚀：应力和腐蚀介质共同作用下，在铝合金表面形成疏气孔。
这些疏气孔会导致合金在应力下发生局部腐蚀，加速材料的破坏。
3. 耦合腐蚀：不同的金属或合金组成的电位差会引起电化学反应，导致腐蚀。
在应力的作用下，这种耦合腐蚀可能会更加严重。
为了防止铝合金的应力腐蚀，可以采取一些措施，如正确选择材料和处理工艺，控制应力的大小和分布，避免腐蚀介质的进入等。
此外，定期进行检测和维护，及时处理腐蚀问题也是非常重要的。
第七章应力作用下的腐蚀
(4)腐蚀疲劳裂纹多起源于表面腐蚀坑或表面缺陷，往往成群出现，主要呈穿 晶型，无分枝现象，也有沿晶型或混合型。
(5)断口既有腐蚀特征，又有疲劳辉纹特征。
三：腐蚀疲劳机理 在循环应力作用下，表面钝化膜不断破坏，裸金属不断暴露，腐蚀迅速发生。
主要步骤 (1) 腐蚀介质中发生点蚀坑(疲劳源); (2) 应力作用下, 点蚀坑发生 滑移, 形成滑移台阶; (3) 滑移台阶上发生阳极溶解; (4) 反方向应力作用下, 形成初始裂纹。
晶间型裂纹
不锈钢应力腐蚀裂纹形貌
不锈钢应力腐蚀裂纹形貌
穿晶型裂纹
二、应力腐蚀破裂的机理
电化学快速溶解理论 金属表面形成不连续 的薄弱点的保护膜
薄弱点是活性点
在应力作用下被破坏，暴露出新鲜表面
阳极电流密度很大 形成电池：阳极（新鲜表
被腐蚀成沟状裂纹
面）阴极（完整表面膜）
应
力
裂纹继续发展、传播
最终金属发生破裂
Mo元素 Mo能提高不锈钢的耐孔蚀性能，但在高浓度氯化物中对不锈钢耐应力腐蚀性能 极有害。
N、P、S、Mn元素 一般认为，N、P、S、Mn对Cr-Ni不锈钢应力腐蚀破裂有不良的作用。
Si元素 在ω MgCl2为42%溶液中，Si能显著地提高Cr-Fe不锈钢的耐应力腐蚀破裂性能。
对钛合金，降低它的含氧量和含Al、Sn，同时 加入适量的Nb 、Ta、V有利于提高其抗应力腐 蚀性能。
疲劳裂纹生成示意图
四：影响腐蚀疲劳的因素
• 力学因素的影响：应力交变速度越大，则裂纹的扩展速度越慢，金属可 以经受更长的应力循环。当应力交变速度降低时，一般使裂纹扩展速度加 快。
• 材料因素的影响：耐蚀性较高的金属对腐蚀疲劳的敏感性较小，耐蚀性 较差的金属对腐蚀疲劳的敏感性较大。
应力腐蚀
应力腐蚀&晶晶间腐蚀应力腐蚀开裂（SCC ）：是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。
应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。
发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。
这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。
因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。
碳钢和低合金钢焊制的压力容器最常见的应力腐蚀环境包括：湿H2S 环境，液氨环境以及NaOH 溶液。
而奥氏体不锈钢压力容器最常见的应力腐蚀是氯离子引起的。
可产生应力腐蚀破坏的金属材料与环境的组合主要有以下几种： 1. 碳钢和低合金钢：介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；2. 奥氏体不锈钢：氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等；3. 含钼奥氏体不锈钢：碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；4. 黄铜：氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；5. 钛：含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；6. 铝：湿硫化氢、海水等减弱应力腐蚀的有效方法就是对设备进行消除应力热处理。
消除应力热处理属于焊接工件被加热到500-650度而后再缓慢冷却的过程。
应力的降低起因于高温下的蠕变，在碳钢中从450度开始出现；在含钼的钢中，从550度开始出现。
温度越高，应力越易于消除。
但是一旦超过钢材的原始回火温度，钢的强度便要降低。
所以消除应力的热处理一定要掌握好温度和时间两个要素，缺一不可。
应力腐蚀概述
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
低碳钢在硝 酸盐溶液中 的应力腐蚀 破裂是典型 的沿晶破裂 ，呈“冰糖 状”断口
Stress corrosion cracking
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶 钝化膜破坏后，阳极电流随时间的 变化有如下三类曲线， 曲线I——膜能迅速修补，腐蚀量 很微小。 曲线III—膜的修补最慢。产生蚀坑 。 曲线II——膜的修补速度介于I及III 之间，易于产生应力腐蚀
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶
Intergranular Stress Corrosion Cracking (IGSCC)
一 SCC
1
三个主要特征
必须有应力 •腐蚀介质是特定的 •断裂速度约在10-8~10-6m/s数量范围内， 远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单 纯力学因素引起的断裂速度。一般呈脆性断 裂。
•
一 SCC
SCC
2 SCC破裂类型
应力腐蚀破裂按照电化学的观点，基本上可以分为两大 类，一类是裂纹尖端处于阳极区，以阳极快速溶解占主导地 位的，称之为应力—阳极开裂，通常称这类破裂型式为应力 腐蚀破裂；另一类是裂纹尖端处于阴极 区，以阴极反应为主，阴极反应的结果是原子氢大量地进入 金属的内部，产生氢脆，这种形式的破坏，称之为应力—阴 极开裂——环境氢脆
Stress corrosion cracking
5. 特点
图片
Stress corrosion cracking
金属设备的应力腐蚀及预防措施
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：1．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2．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0.5％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。
6-1 金属的应力腐蚀.
腐蚀电流： I=（Vc-Va）/R Vc-阴极电位 Va –阳极电位 R-微电池中的电阻
极化作用大（Vc-Va）↓=0 金属进入钝化状态， 腐蚀停止 去极化作用大（Vc-Va）↑ 腐蚀损伤
介于扩展区，最后瞬断区 断口呈黑色或灰色。 微观：沿晶断裂和穿晶断裂 泥状花样、腐蚀坑
第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂
第一节 应力腐蚀
一、应力腐蚀及其产生条件
1、定义与特点 （1）定义
材料或零件在拉应力和腐蚀环境的共同作用下，经过一 段时间后所产生的低应力脆断现象叫应力腐蚀。
2、产生条件: 1)应力 ：外应力 、残余应力 2)化学介质 ：一定材料对应一定的化学介质 低碳钢-碱脆 A不锈钢-氯脆 铜合金-氨脆 3)金属材料 ：化学成分—合金或杂质高的金属比纯金属敏感
Ⅰ初始阶段 主要取决于KI
Ⅱ稳定阶段 电化学过程起决定 lgda/dt 作用
Ⅰ ⅡⅢ
Ⅲ失稳阶段 取决于KI
KISCC KI KIC
可以估算机件的剩余寿命（ Ⅱ阶段）
四、防止措施 1、合理选材
对介质不敏感的材料
p129
抗应力腐蚀的材料 高KISCC
四种高强度钢 抗拉强度为1650MPa时
2、减少或消除残余拉应力 冷变形或者焊接后的去除应力处理
表面处理形成残余压应力
3、改善化学介质 ↓有害的化学离子：如水的净化处理
加入缓蚀剂：
锅炉碱脆: 硝脆
加入强氧化剂 加入苛性钠
如硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐
4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。
外加电流
牺牲阳极
位错结构等—平面状结构比波纹状结构敏感
二、应力腐蚀断裂机理及断口特征 1、机理 钝化膜破坏理论（滑移——溶解理论）
第七章应力作用下的腐蚀解析
(4)材料和环境的交互作用反映在电位上，一般认为，应力腐蚀破裂有三个易产
生破裂的区间。
活化-阴极保护过渡区（区域1）
活化-钝化电位过渡区（区域2）
钝化-过钝化电位区（区域3）
三个电位过渡区都是钝化膜不稳定的区域，在应 力与腐蚀介质中易诱发应力腐蚀。
在区域1: ➢wNi20%不锈钢在8mol/l沸腾H2SO4中； ➢18Cr-9Ni不锈钢在225℃、wNaOH20%溶液中发生 破裂；
镁合金 Mg-Al Mg-Al-Zn-Mn
钛及钛合金
HNO3，NaOH，HF溶液，蒸馏水 NaCl+ H2O2溶液，海滨大气，NaCl-K2CrO4溶液，水，SO2-CO2-湿空气 红烟硝酸，N2O4，HCl，Cl-水溶液，固体氯化物（＞2900C），海水，CCl4，甲醇、甲醇蒸气，三氯乙
烯，有机酸
第一节 应力腐蚀破裂 应力腐蚀破裂是指材料在固定拉应力和腐蚀介质的共同作用下产生的破裂。 所谓固定，是指方向一定的拉应力，但是大小可以变化。腐蚀和应力是相互 促进，不是简单叠加 ，两者缺一不可 。应力腐蚀破裂简称应力腐蚀，国外 称之为SCC (Stress Corrosion Cracking 的缩写)。
残余应力，金属材料在生产过程和加工过程中，在材料内部产生的应 力如冷轧、弯曲、机械加工、焊接、热处理过程中也能产生应力。
热应力，由于淬火、周期性的加热和冷却而引起的应力。
结构应力，由于设备，部件的安装和装配而引起的应力。
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。当应力值低于该临界值时，不会产生 应力腐蚀破裂。
在区域2：普碳钢在8mol/LNaOH溶液中发生应力 破裂；
铝合金的应力腐蚀
铝合金的应力腐蚀1. 引言铝合金是一种广泛应用于航空、汽车、建筑和电子等领域的重要材料。
然而，铝合金在一些特殊环境中容易发生应力腐蚀，这对其使用寿命和性能造成了一定的影响。
本文将重点讨论铝合金的应力腐蚀问题，并深入研究其机理和影响因素。
2. 应力腐蚀的概念及机理2.1 应力腐蚀的定义应力腐蚀是指在特定环境中，当材料受到一定应力作用时，与该环境发生相互作用而导致材料发生损伤的现象。
与其他形式的损伤相比，应力腐蚀具有快速、不可逆转等特点。
2.2 应力腐蚀机理在铝合金中发生应力腐蚀时，通常涉及到三个主要因素：环境、应力和材料本身。
首先，特定环境中存在某种有害物质或电化学条件对铝合金产生损害。
其次，在受到外部或内部应力作用下，铝合金表面的保护膜可能会破裂或变薄，从而暴露出更多的金属表面。
最后，金属表面的暴露会导致更多的腐蚀反应发生，从而进一步加速应力腐蚀过程。
3. 铝合金应力腐蚀的影响因素3.1 环境因素环境因素是导致铝合金应力腐蚀的重要原因之一。
常见的环境因素包括温度、湿度、氧气浓度、pH值等。
高温、高湿度和高氧气浓度会加速铝合金表面发生氧化反应，进而促进应力腐蚀过程。
3.2 应力因素外部或内部施加在铝合金上的应力是引发应力腐蚀的另一个重要因素。
外部施加在材料上的静态或动态载荷会导致材料内部产生一定程度的塑性变形和残余应力，从而削弱了材料表面保护层并促进了局部化学反应。
3.3 材料本身铝合金本身在组织结构和成分上存在差异，这也会对应力腐蚀的发生产生影响。
晶界、金属间化合物、晶粒尺寸等因素都可能引发应力腐蚀的发生。
4. 铝合金应力腐蚀的预防和控制措施4.1 选择合适的材料在特定环境中，选择适合的铝合金材料是预防和控制应力腐蚀的关键。
不同铝合金材料对不同环境条件具有不同的耐腐蚀性能，因此需要根据具体使用条件选择相应材料。
4.2 表面处理技术通过表面处理技术可以增强铝合金表面的耐腐蚀性能。
常用的表面处理方法包括阳极氧化、化学镀等，这些方法可以形成一层致密且具有良好耐化学性能和机械强度的保护层。
36应力腐蚀
SCC的破坏事故在工程中比例相当高
• 据美国杜邦公司统计， 1968~1969 年，在全部设备腐蚀 破坏中SCC占21.6％; • 联邦德国一家大化工厂统计， 1968~1972 年间，在全国 设备腐蚀破坏事故中，SCC超过总数的1％; • 我国事故未做系统的统计和估算，但问题严重的，如 2.5万kw汽轮机末级叶轮由于SCC而造成的叶轮开裂事 故， • 原子反应堆的热交换管由于SCC而发生严重泄漏事故等。 • 由SCC造成的经济损失是相当可观的，因此对材料的 SCC研究已成为腐蚀领域重要课题。
3.6.3 应力腐蚀机理
• 实际中 SCC 的体系太多，导致 SCC 因素复杂。仅介 绍较普遍接受的三种机理。 • 3.6.3.1 阳极快速溶解理论 • Hoar and Hines首先提出阳极快速溶解理论。 • 裂纹一旦形成, 裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前 沿区发生迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续地 到达裂纹尖端前沿表面，产生大量瞬间活性溶解质 点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。文献报导,裂纹 尖端处的电流密度高达0.5A/cm2，而裂纹两测仅约 为10-5A/cm2。
裂纹尖端、阳极溶解、裂纹扩展模型。
裂纹尖端的溶解速度
• 裂纹尖端的溶解速度(ia)与裂纹扩展速度V有如下关系: ia = V(nFρ/m) (3-18)
m— 金属的原子量 ,ρ— 金属的密度， n— 溶解金属的 离子价数, F—法拉第常数。 • 如沸腾的MgCl2溶液中, 18-8不锈钢在无拉应力条件下， 阳极溶解电流密度只有10-5A/cm2, 而在应力腐蚀条件 下，裂纹尖端处的阳极电流密度达到 0.4~2.0A/cm2 ， 相当于裂纹尖端扩展速度 0.5~2.5mm/h 。结果表明， 实测的阳极电流密度与快速溶解理论相符合。 • V = ia m/nFρ[cm/s] = ia m/nFρ × 3600×10[mm/h]
材料的应力腐蚀
材料的应力腐蚀标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]材料应力腐蚀材料在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏叫应力腐蚀。
这里需强调的是应力和腐蚀的共同作用。
材料应力腐蚀具有很鲜明的特点，应力腐蚀破坏特征，可以帮助我们识别破坏事故是否属于应力腐蚀，但一定要综合考虑，不能只根据某一点特征，便简单地下结论。
影响应力腐蚀的因素主要包括环境因素、力学因素和因素。
原理应力腐蚀是指在拉应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。
这种腐蚀一般均穿过晶粒，即所谓穿晶腐蚀。
应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。
应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。
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。
影响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。
一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。
对于扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KISCC，裂纹才会扩展。
一般应力腐蚀都属于脆性断裂。
应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6~10-3 mm/min，而且存在孕育期，扩展区和瞬断区三部分。
容易发生应力腐蚀的设备发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉特点(1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力(近年来，也发现在不锈钢中可以有压应力引起)。
化工设备中应力腐蚀的机理及防护探讨
化工设备中应力腐蚀的机理及防护探讨化工设备中应力腐蚀是指在工作过程中由于环境条件和应力共同作用下，金属材料表面发生腐蚀，导致金属材料破坏的一种现象。
应力腐蚀是一种复杂的腐蚀现象，其机理主要包括应力、介质和金属材料三个方面。
应力是引起应力腐蚀的主要因素之一。
化工设备在运行过程中会受到各种应力的作用，包括机械应力、热应力和残余应力等。
这些应力会破坏金属的原有结构，使金属的抗腐蚀能力下降，进而容易发生应力腐蚀。
介质也是引起应力腐蚀的重要因素之一。
在化工生产过程中，金属材料常接触各种有害介质，如酸、碱、盐溶液等，这些介质能够直接与金属发生反应，引起应力腐蚀。
有些介质在一般情况下对金属无腐蚀作用，但在一定条件下，如温度、浓度、流速等发生变化时，会产生腐蚀，加速应力腐蚀的发生。
金属材料本身的性能也会影响应力腐蚀的发生。
不同的金属材料对应力腐蚀的抵抗能力不同。
钢材在强酸和强碱介质中易发生应力腐蚀，而不锈钢具有较好的抗腐蚀性能。
金属材料的处理工艺也会影响其应力腐蚀性能，如热处理、冷加工等。
为了有效预防和控制应力腐蚀的发生，化工设备中应该采取以下措施：1. 选择合适的材料：应根据介质的性质选择具有良好抗腐蚀性能的金属材料，如不锈钢、合金钢等。
2. 控制应力：在设备的设计和制造过程中，应合理控制应力的大小，避免应力集中和过大的应力。
3. 设计合理的结构：合理设计化工设备的结构，避免应力集中，减少应力腐蚀的可能性。
4. 定期检测和维护：对化工设备进行定期检测，发现问题及时修复和更换受腐蚀严重的部件，保证设备的安全运行。
5. 控制操作参数：合理控制介质的温度、浓度、流速等参数，避免发生腐蚀和应力腐蚀。
6. 使用保护措施：涂层、防腐层、防腐涂料等可以提高金属表面的抗腐蚀性能，降低应力腐蚀的发生。
化工设备中应力腐蚀是一种严重影响设备安全运行的因素，需要通过选择合适的材料、控制应力、设计合理的结构、定期检测和维护、控制操作参数以及使用保护措施等措施来进行预防和控制。
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3个阶段Three stages
2 SCC破裂类型
– 裂纹起源 – 介质缓慢攻击产生凹坑 – 慢速裂纹扩展 – 快速断裂
3. 一般过程
Stress corrosion cracking
3. 一般过程
4. 影响因素
1．物理冶金因素 例如，金属材料的冶炼方式、化学成分及其偏析情况 ，组织、晶粒度、晶格缺陷及其分布情况，材料的物理 、化学及机械等方面的性能，材料的热处理状态及表面 状况等等
一 SCC
材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性 开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐 蚀。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。应 力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏互相促 进裂纹的生成和扩展的过程。 敏感的合金、特定的介质和一定的静应力是发生 应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料， 其应力腐蚀只在特定的介质中发生。这种材料 与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系。 应力腐蚀的机理分为阳极溶解和氢脆机理两种。
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
低碳钢在硝 酸盐溶液中 的应力腐蚀 破裂是典型 的沿晶破裂 ，呈“冰糖 状”断口
Stress corrosion cracking
4. 影响因素 3． 介质环境因素 金属材料所处的介质的性质、成 分、浓度、pH值、温度等等因素 都对应力腐蚀破裂有很大的影响．
4. 影响因素
4 电极电位的影响 电位对应力腐蚀破裂起决定性作用。应力腐 蚀破裂只发生在一定的电位范围内，这个范围 大约只有几百mv。不同材料在不同介质中发 生应力腐蚀的电位区(敏感电位区)不同。
Mechanisms
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
晶界区的结构及成分与区内有很大的区别。对于单相 合金，由于晶界偏析或选择性溶解，使晶内成分与晶 界成分有显著差异。若晶界电位较付活化。 电位不仅与成分有关，还与介质有关。 不仅晶界偏析导致成分的差异，晶界沉淀导致的邻近 区域的溶质贫乏所引起的晶间腐蚀，是早为人们熟知 的现象。例如，奥氏体不锈钢及Cr23C6的沉淀
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
2． 力学因素 应力腐蚀与材料所承受的载荷性质、大小及 应力分布状态等有关；同时还与材料所经受的 加工过程和服役过程的应力应变的大小变化和 历史过程有关．例如，金属材料在经过焊接加 工以后，由于焊接过程所引起的应力应变的状 况，将对应力腐蚀破裂有直接的影响．
5. 特点 (1)应力腐蚀裂纹往往是从接触腐蚀介质的表 面开始，向金属的内部扩展，在压力容器中， 应力腐蚀裂纹往往是从容器的内表面开始，沿 壁厚向外表面扩展，直至泄漏或破裂，开始时 往往不易被发现． (2)应力腐蚀裂纹的萌生和扩展有一个过程， 所以它是一种延迟性的破裂形式。可以很短， 也可能很长，可以从几秒到几十年．
Stress corrosion cracking
5. 特点
(3)应力腐蚀破裂是材料在特定的介质环境中 的低应力脆性破坏．产生腐蚀破裂的应力往往 低于材料的屈服强度，断裂前很少有宏观的塑 性变形． (4)应力腐蚀裂纹的形态，从横断面的金相照 片来看，裂纹有许多分枝，往往呈根须状，它 与纯机械应力造成的裂纹形态截然不同；从裂 纹表面的纵断面金相照片来看，裂纹的形貌像 一条河流，河床有宽有窄，还有许多湖泊，是 腐蚀坑。
Intergranular Stress Corrosion Cracking (IGSCC)
Stress corrosion cracking
5. 特点
图片
Stress corrosion cracking
5. 特点 (5)应力腐蚀破裂的断口，在裂纹源或亚临界 扩展区内，出于腐蚀介质的侵蚀作用，断口表 面往往呈黑色或灰色，并有腐蚀产物存在。在 机械失稳区内的断口表面，常常有放射性花纹 或人字纹。
氢原子的半径只有5x 10—6mm， 当它进入铁基晶 体氢在室温时，在：Fe中的 溶解度非常小。温度 升高，其溶解度增加
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
2 氢压理论
金属内部的过饱和的氢必然要退出，直到建立起 平衡压力为止．几乎所有金属材料的内部都包含 有许多宏观和微观的缺陷。由晶格中逸出的氢， 往往容易在缺陷处聚集， 产生巨大的压力，氢 压力超过某一临界值(接近晶体的弹性强度)，材 料即脆化
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶 OA—溶液浸入膜中孔洞，发生阳极溶解 AB——阳极反应产物封闭孔洞， 修补钝化膜。 BC——膜破坏，发生阳极溶解，形成微 裂纹。 CD——C点时裂纹张开，D点为断裂 点。对应于C及D的时间分别叫作孕育期 断裂时间。 DE——断面又迅速成膜。
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
在某些介质中，相对于合金的 基体，晶间沉淀相也可以是阳 极相，从而导致晶问腐蚀。在 强氧化性介质 中，不锈钢中的sigma(FeCr) ，可以选择地被优先溶解，从 而导致晶间腐蚀
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
应力作用 上述曲各种晶间腐蚀，可以说明沿晶的应力腐蚀断裂途径， 但是，若应力对于腐蚀没有影响，则只是应力协助的晶间腐蚀 蚀破坏。在应力腐蚀系统中，应力的更重要作用是破坏金属表 面的保护膜，使新鲜的金属表面与腐蚀介质直接接触。无膜金 属与有膜金属之间的电位差很大，远大于所测定的晶界区微电 池的电位差。因此，在阳极溶解理论中，保护膜的破坏是应力 的重要作用。基于这种机理，由于压应力也可以破坏保护膜， 应该也引起应力腐蚀开裂。与拉应。
Stress corrosion cracking
5. 特点
(6)应力腐蚀裂纹有晶间型的、穿晶型的和混合型的，
在一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合金、黄铜 等是晶间破裂，裂纹大致是沿垂直于拉应力方向的晶 界向金属内部的纵深方向延伸；航空用超高强钢，似 乎是沿原奥氏体晶界断裂。黄铜和在氯化物溶液中的 奥氏体不锈钢，大多数情况下是穿晶型的。奥氏体不 锈钢在热减溶液中的应力腐蚀裂纹是穿晶型的还是晶 间型的，决定于介质温度。
2 SCC破裂类型
裂纹的伸展，裂纹尖端的电化学 溶解超了主要作用，· 而这种溶解 是由于应力不断破坏裂纹尖端的 钝化膜所引起的，这是应力导致 的腐蚀断裂。
2 SCC破裂类型
2 SCC破裂类型
阳极溶解机理
1 2
裂缝和裂尖钝化 应变导致裂纹尖端钝化膜破裂,产生活化腐蚀
3 4
裂尖再钝化 重复 1
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
应力作用 总之，应力腐蚀过程中，应力导致的应变破坏了保护膜，形 成了局部阳极区；在这个阳极区中，腐蚀沿着已存在的晶界阳 极区加速进行，应力与腐蚀协同进行，导致了断裂。
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶
2 SCC破裂类型
“滑移一溶解一断裂”。“滑移”是金属在应力作用下的一种 主要形变方式；“溶解”是应力协同腐蚀进行的；“断裂”是 穿晶的。 1 电化学基础 断裂电位在活化—钝化以及钝化—再活化过渡区的很狭的电位 范围。在应力的作用下，由于钝化膜的破坏，电位向活化区移 动。 OA——溶液浸入膜中孔洞，发生阳极溶解。
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶 钝化膜破坏后，阳极电流随时间的 变化有如下三类曲线， 曲线I——膜能迅速修补，腐蚀量 很微小。 曲线III—膜的修补最慢。产生蚀坑 。 曲线II——膜的修补速度介于I及III 之间，易于产生应力腐蚀
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶
5. 特点 从断口的扫描电镜照片上看，晶 间型破裂断口呈冰糖状 的脆性断 口；穿晶型破裂断口一般呈准解 理或解理状的脆性 断口。
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
1．氢的扩散机理
如果裂纹尖端处于阴极区，则由于阴极反应的 结果，使介质中的氢离子获得电子还原成氢原 子。氢 原子一部分结合成氢分子选出；一部分 原子氢要向金属基体 的内部扩散。
一 SCC
1
三个主要特征
必须有应力 •腐蚀介质是特定的 •断裂速度约在10-8~10-6m/s数量范围内， 远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单 纯力学因素引起的断裂速度。一般呈脆性断 裂。
•
一 SCC
SCC
2 SCC破裂类型
应力腐蚀破裂按照电化学的观点，基本上可以分为两大 类，一类是裂纹尖端处于阳极区，以阳极快速溶解占主导地 位的，称之为应力—阳极开裂，通常称这类破裂型式为应力 腐蚀破裂；另一类是裂纹尖端处于阴极 区，以阴极反应为主，阴极反应的结果是原子氢大量地进入 金属的内部，产生氢脆，这种形式的破坏，称之为应力—阴 极开裂——环境氢脆