应力腐蚀讲义
合集下载
55应力讲义作用下的局部腐蚀
23
应力作用：（2）加速Cl-和OH-的吸附溶解
24
2、介质环境因素
（1）特殊离子及其浓度的影响：氧浓度、氯化物浓 度影响如图所示。
25
（2）温度： 一般来说，温度升
高，SCC 容易发生 ， 但温度过高，由于产 生全面腐蚀，而抑制 了应力腐蚀。
26
（3）溶液中pH值的影响：对不锈钢而言，pH值增加减缓 了应力腐蚀。
精品jing
55应力作用下的局部腐蚀
5.5.1 应力腐蚀断裂 Stress Corrosion Cracking
应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂（或 断裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。
应力腐蚀断裂，简称SCC，是指金属材料在固定 拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性断裂。
所谓固定拉应力是指方向一定，大小可变的拉伸 应力。应力腐蚀断裂危害极大，人们称为“灾难性 腐蚀”。
对钛合金，降低它的含氧 量和Al量，同时加入适量的 Nb 、 Ta 、 V 有 利 于 提 高 抗 SCC性能。
对黄铜，少量Fe、Sn、 Mn、Si、Al、Cd、Pb可促 进应力腐蚀。
29
应力腐蚀断裂的控制措施
1、降低和消除应力：
在成膜溶液中的沿晶界断裂机理：在铜合金表面存在 Cu2O膜，韧性差；在应力作用下发生脆性破裂。
在不成膜溶液中（ pH=78~112 时，铜合金处于活性溶
解），在应力的作用引起露头的位错优先溶解，因而裂纹
沿着位错密度最高的途径扩展。
16
17
（2）滑移-溶解-断裂机理 ——奥氏体不锈钢
该理论至少包括四个过程：表面膜的形成、应力作用下 金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、 裸露金属再钝化。
15
应力作用：（2）加速Cl-和OH-的吸附溶解
24
2、介质环境因素
（1）特殊离子及其浓度的影响：氧浓度、氯化物浓 度影响如图所示。
25
（2）温度： 一般来说，温度升
高，SCC 容易发生 ， 但温度过高，由于产 生全面腐蚀，而抑制 了应力腐蚀。
26
（3）溶液中pH值的影响：对不锈钢而言，pH值增加减缓 了应力腐蚀。
精品jing
55应力作用下的局部腐蚀
5.5.1 应力腐蚀断裂 Stress Corrosion Cracking
应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂（或 断裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。
应力腐蚀断裂，简称SCC，是指金属材料在固定 拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性断裂。
所谓固定拉应力是指方向一定，大小可变的拉伸 应力。应力腐蚀断裂危害极大，人们称为“灾难性 腐蚀”。
对钛合金，降低它的含氧 量和Al量，同时加入适量的 Nb 、 Ta 、 V 有 利 于 提 高 抗 SCC性能。
对黄铜，少量Fe、Sn、 Mn、Si、Al、Cd、Pb可促 进应力腐蚀。
29
应力腐蚀断裂的控制措施
1、降低和消除应力：
在成膜溶液中的沿晶界断裂机理：在铜合金表面存在 Cu2O膜，韧性差；在应力作用下发生脆性破裂。
在不成膜溶液中（ pH=78~112 时，铜合金处于活性溶
解），在应力的作用引起露头的位错优先溶解，因而裂纹
沿着位错密度最高的途径扩展。
16
17
（2）滑移-溶解-断裂机理 ——奥氏体不锈钢
该理论至少包括四个过程：表面膜的形成、应力作用下 金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、 裸露金属再钝化。
15
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
应力腐蚀：应力-阳极过程 氢脆：应力-阴极过程
差 异
• 应力腐蚀：
沿晶裂纹优先在表面生核，源点有大量的腐蚀产物。 沿晶区有严重的二次裂纹或腐蚀坑。 穿晶型的应力腐蚀断口，往往具有泥纹状花样等特征。
•氢脆：
沿晶断裂起源于皮下，呈多源断裂。 断口上撕裂棱较多，二次裂纹较少，尚可观察到平行 条纹花样，但不同于疲劳纹。 在沿晶区能发现韧窝及发纹，在某些区域可观察到氢 所引起的准解理面。
3.3 应力腐蚀和氢脆断裂
某些金属或合金在腐蚀性介质中，受拉应力（或残 余应力）的作用，同时又有电化学腐蚀而导致正 常的韧性材料迅速开裂和早期脆性损坏的现象， 称为应力腐蚀断裂。 某些金属或合金中原来就存在或吸收了过量的氢， 在外加张应力或残余应力的作用下引起的脆性开 裂称为氢脆断裂。 二者常常共存。
宏观分叉尺寸较大，有时达几毫米，甚至厘 米。主裂纹上长出两个或多个几乎以相同 速度扩展的分叉裂纹，分叉间常常是锐角。
2、微观特征
1）泥纹状花样，腐蚀产物覆盖断口所致。 2）微观分叉，尺寸较小，通常在一个晶粒范 围内。 3）裂纹既可穿晶，也可沿晶扩展。
三、应力腐蚀和氢脆的比较
广义均属应力腐蚀
一、应力腐蚀 1、宏观特征
1）断口平齐，垂直于主应力方向，无明显塑性变形 痕迹和唇口，断口一般呈颗粒状，呈现明显的脆 性特征。 2）应力腐蚀是一种局部腐蚀，但裂纹常常被腐蚀产 物覆盖，因而断口灰暗。 3）断口一般有三个区域： 断裂源区、缓慢扩展区、瞬断区
4）应力腐蚀裂纹扩展过程中常常出现分叉。
差 异
• 应力腐蚀：
沿晶裂纹优先在表面生核，源点有大量的腐蚀产物。 沿晶区有严重的二次裂纹或腐蚀坑。 穿晶型的应力腐蚀断口，往往具有泥纹状花样等特征。
•氢脆：
沿晶断裂起源于皮下，呈多源断裂。 断口上撕裂棱较多，二次裂纹较少，尚可观察到平行 条纹花样，但不同于疲劳纹。 在沿晶区能发现韧窝及发纹，在某些区域可观察到氢 所引起的准解理面。
3.3 应力腐蚀和氢脆断裂
某些金属或合金在腐蚀性介质中，受拉应力（或残 余应力）的作用，同时又有电化学腐蚀而导致正 常的韧性材料迅速开裂和早期脆性损坏的现象， 称为应力腐蚀断裂。 某些金属或合金中原来就存在或吸收了过量的氢， 在外加张应力或残余应力的作用下引起的脆性开 裂称为氢脆断裂。 二者常常共存。
宏观分叉尺寸较大，有时达几毫米，甚至厘 米。主裂纹上长出两个或多个几乎以相同 速度扩展的分叉裂纹，分叉间常常是锐角。
2、微观特征
1）泥纹状花样，腐蚀产物覆盖断口所致。 2）微观分叉，尺寸较小，通常在一个晶粒范 围内。 3）裂纹既可穿晶，也可沿晶扩展。
三、应力腐蚀和氢脆的比较
广义均属应力腐蚀
一、应力腐蚀 1、宏观特征
1）断口平齐，垂直于主应力方向，无明显塑性变形 痕迹和唇口，断口一般呈颗粒状，呈现明显的脆 性特征。 2）应力腐蚀是一种局部腐蚀，但裂纹常常被腐蚀产 物覆盖，因而断口灰暗。 3）断口一般有三个区域： 断裂源区、缓慢扩展区、瞬断区
4）应力腐蚀裂纹扩展过程中常常出现分叉。
应力作用下的腐蚀(5)
（4）热应力
4：应力断裂过程
应力腐蚀断裂是材料在应力和环境共同作用下经过一段时 间产生裂纹，然后裂纹逐渐扩展，达到临界尺寸后发生失稳断 裂。 可分成三个阶段：
孕育期—裂纹萌生阶段，裂纹源成核所需时间， 约占整个时 间的90%。
裂纹扩展期—裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间， 裂纹扩展
主要由电化学过程控制。 快速断裂期—裂纹达到临界尺寸后，由纯力学控制，裂纹失稳 导致断裂。 整个断裂时间与材料、环境、应力有关，短则几分钟，长 达若干年。
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 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；
（1） 氯化物种类的影响
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
（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；
第六讲 金属的应力
第二节 氢脆
一、氢在金属中的存在形式 1、氢脆：氢和应力的共同作用而导致金属材料 产生脆性断裂——氢脆断裂（氢脆）。 2、金属中氢的来源：内含的与外来的。 3、存在形式：一般以间隙原子状态固溶在金属 中，且溶解度随温度变化；也可以通过扩散， 以分子状态存在于缺陷处（空洞，气泡，裂纹 等）；也可以与过渡族、稀土或碱土金属元素 作用生成氢化物；或与第二相作用生成气体。
3、应力腐蚀力学性能指标 光滑试样在拉应力和化学介质共同作用下， 依据发生断裂的持续时间来评定金属材料的抗 应力腐蚀性能。 预制裂纹试样，引入应力场强度因子K1概念， 得到两个重要的力学性能指标：应力腐蚀临界 应力场强度因子K1SCC，应力腐蚀裂纹扩展速率 da/dt。 4、防止应力腐蚀的措施 合理选择金属材料，减少或消除机件中残余 拉应力，改变化学介质条件及采用电化学方法 防护。
二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征 1、应力腐蚀断裂机理——阳极膜破坏理论 合金
化学介质
表面形成钝化膜（钝化状态） 新鲜表面 阳极溶解 阳极电位降低
拉应力作用
局部地区钝化膜破裂
电解质溶液中
阳极
腐蚀微电池
蚀坑 应力集中 加速阳极金属溶解。
应力腐蚀现象只有金属在介质中生成略具钝 化膜的条件下，即金属和介质处于某种程度的 钝化与活化过渡的情况下最易发生。 应力腐蚀裂纹的形成与扩展途径：穿晶 沿晶。 2、应力腐蚀断口特征 宏观形貌：与疲劳断口相似，有亚稳扩展区和最后 瞬断区。 显微裂纹：分叉现象，呈枯树枝状。 微观形貌：一般沿晶断裂，也可是穿晶解理断裂。
五、防止氢脆的措施 环境因素，力学因素及材质因素三方面 1、环境：切断氢进入金属中的途径，或控制途径的某 个环节，延缓反应速度，使氢不进入或少进入金属 中。 2、力学：设计与加工中，避免产生残余拉应力，可采 用表面处理，使表面获得残余压应力层。 3、材质：含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏 感性低；显微组织对氢脆敏感性影响较大；细化晶 粒可提高抗氢脆能力；冷变形可增大氢脆敏感性。
应力腐蚀
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，磷酸铜合金：水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金：湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气（二）应力腐蚀断口特征与疲劳相似，应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和扩展这两个过程来进行的，一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右，而裂纹扩展仅占10%左右。
第6章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂讲解
8பைடு நூலகம்
3）应力腐蚀断裂途径 (1) 根据金属和合金的种类及介 质不同， SCC 可以是沿晶的 或穿晶的： 碳钢和铬不锈钢多系沿晶 奥氏体不锈钢多为穿晶 铝、钛、镍也多为沿晶 但也有例外的。 (2)裂纹扩展的宏观方向与应力 有关，大体垂直于主应力， 但裂纹常有分叉现象，呈枯 树枝状。
9
三、应力腐蚀抗力指标
关于应力腐蚀的机理曾提出许多学说，如活性通 路—电化学理论，膜破裂理论、氢脆理论，“化学脆 变—脆性破裂”理论，腐蚀产物楔入理论、隧洞形蚀孔 撕裂理论，应力吸附破裂理论，快速溶解理论，环境破 裂三阶段理论……等。
最基本的是： 滑移—溶解理论(或称钝化模破坏理论)和氢脆理论。
4
滑移－溶解理论
在特定化学介质中首先在表面形成一层钝化膜，在拉应力 阳极金属变成正离子进入电解质中产生阳极溶解，于是在 作用下裂纹尖端地区产生局部塑性变形，滑移台阶在表面 金属表面形成蚀坑。拉应力在蚀坑或原有裂纹的尖端形成 露头时钝化膜破裂，显露出新表面。这个新表面在电解质 应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果 溶液中成为阳极，具有钝化膜的金属表面为阴极，从而形 裂纹尖端的应力集中始终存在，那么微电池反应便不断进 成腐蚀微电池。 行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步向纵深扩展。
6
R
(Vc Va )
2、应力腐蚀断口特征
1）应力腐蚀断裂断口宏观特征 （1）即使是塑韧性非常好的材料，其应力腐蚀断裂的宏观形 貌也是完全脆性的。 （2）断口往往是粗糙的。 （3）在亚稳扩展区可见腐蚀产物带来的颜色变化（黑色或灰 黑色），但深裂纹的裂夹区颜色可能很浅，不易为肉 眼辨认。 （4）由于断裂总是从与介质接触的表面开始，故启裂区表面 附近的断口颜色最深，有时由于腐蚀进展的变化会在 断口上留下海滩花样。 （5）与介质接触表面往往有点蚀或蚀斑。 （6）应注意，有腐蚀产物不是判定应力腐蚀的充分条件。因 为也有可能由于别的机制导致断裂后，断口受到随后 的腐蚀。
3）应力腐蚀断裂途径 (1) 根据金属和合金的种类及介 质不同， SCC 可以是沿晶的 或穿晶的： 碳钢和铬不锈钢多系沿晶 奥氏体不锈钢多为穿晶 铝、钛、镍也多为沿晶 但也有例外的。 (2)裂纹扩展的宏观方向与应力 有关，大体垂直于主应力， 但裂纹常有分叉现象，呈枯 树枝状。
9
三、应力腐蚀抗力指标
关于应力腐蚀的机理曾提出许多学说，如活性通 路—电化学理论，膜破裂理论、氢脆理论，“化学脆 变—脆性破裂”理论，腐蚀产物楔入理论、隧洞形蚀孔 撕裂理论，应力吸附破裂理论，快速溶解理论，环境破 裂三阶段理论……等。
最基本的是： 滑移—溶解理论(或称钝化模破坏理论)和氢脆理论。
4
滑移－溶解理论
在特定化学介质中首先在表面形成一层钝化膜，在拉应力 阳极金属变成正离子进入电解质中产生阳极溶解，于是在 作用下裂纹尖端地区产生局部塑性变形，滑移台阶在表面 金属表面形成蚀坑。拉应力在蚀坑或原有裂纹的尖端形成 露头时钝化膜破裂，显露出新表面。这个新表面在电解质 应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果 溶液中成为阳极，具有钝化膜的金属表面为阴极，从而形 裂纹尖端的应力集中始终存在，那么微电池反应便不断进 成腐蚀微电池。 行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步向纵深扩展。
6
R
(Vc Va )
2、应力腐蚀断口特征
1）应力腐蚀断裂断口宏观特征 （1）即使是塑韧性非常好的材料，其应力腐蚀断裂的宏观形 貌也是完全脆性的。 （2）断口往往是粗糙的。 （3）在亚稳扩展区可见腐蚀产物带来的颜色变化（黑色或灰 黑色），但深裂纹的裂夹区颜色可能很浅，不易为肉 眼辨认。 （4）由于断裂总是从与介质接触的表面开始，故启裂区表面 附近的断口颜色最深，有时由于腐蚀进展的变化会在 断口上留下海滩花样。 （5）与介质接触表面往往有点蚀或蚀斑。 （6）应注意，有腐蚀产物不是判定应力腐蚀的充分条件。因 为也有可能由于别的机制导致断裂后，断口受到随后 的腐蚀。
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；
应力腐蚀培训归纳.ppt
• 硬度值＜ HRC22〔HB235〕，得到普遍采 用，这个值并没有什么理论根据，是现场 经历的总结。
实例2：盛装LPG容器SSCC
• 考虑到介质的聚积浓缩作用，针对压力容 器是不会有产生应力腐蚀介质的浓度下限 值的。
• 考虑到设备构造中的应力集中现象，在压 力容器设计标准和标准中也很难确定产生 SCC的临界应力。
承压设备的腐蚀与控制
——应力腐蚀开裂
目录
1. 前言 2. 定义 特点 3. SCC实例 1～8 4. 影响SSCC因素 5. 各行业SSCC环境选材特点 6. 防腐蚀设计选材禁忌
前言
• 没有承压设备就没有完整的现代工业体系和现代 经济。
• 压力容器作为承压设备的通俗称谓既是承受压力 的壳体又是专有技术载体，具有三个特点：
• 制造时环境温度越低，壳体越厚，越容易 产生冷裂纹。
实例1： ——影响因素
• 提示： 应全面理解应力腐蚀各影响因
素。
实例2：盛装LPG容器的SSCC
• GB11174-89 液化石油气总硫含量≤343 mg/m3 。
• 合格LPG硫化物含量远低于?容规?控制指 标 100 mg/L〔343 mg/m3 = 0.686mg/L〕，低于工程中控制指标 〔20～50 mg/L〕。
• 对象：CS，主要是AS；汽相和液相均 有发现。
• 机理：汽相中的裂纹沿焊接热影响区 直线进展，没有分枝；液相中裂纹从 熔合线上引发，然后向母材伸展，穿 晶型断裂。
实例1：液氨引起SCC ——兼影响因 素讨论
• 不管汽相或液相，除氨外还必须有O2 和N2，缺一不可。
• 15～30℃是敏感区域，低于10℃或高 于40℃不甚敏感。
• 承压设备从业人员往往觉得腐蚀问题涉及面广， 难以掌握重点，把握思路，在学习中存在畏难情 绪，感到不着边际。
实例2：盛装LPG容器SSCC
• 考虑到介质的聚积浓缩作用，针对压力容 器是不会有产生应力腐蚀介质的浓度下限 值的。
• 考虑到设备构造中的应力集中现象，在压 力容器设计标准和标准中也很难确定产生 SCC的临界应力。
承压设备的腐蚀与控制
——应力腐蚀开裂
目录
1. 前言 2. 定义 特点 3. SCC实例 1～8 4. 影响SSCC因素 5. 各行业SSCC环境选材特点 6. 防腐蚀设计选材禁忌
前言
• 没有承压设备就没有完整的现代工业体系和现代 经济。
• 压力容器作为承压设备的通俗称谓既是承受压力 的壳体又是专有技术载体，具有三个特点：
• 制造时环境温度越低，壳体越厚，越容易 产生冷裂纹。
实例1： ——影响因素
• 提示： 应全面理解应力腐蚀各影响因
素。
实例2：盛装LPG容器的SSCC
• GB11174-89 液化石油气总硫含量≤343 mg/m3 。
• 合格LPG硫化物含量远低于?容规?控制指 标 100 mg/L〔343 mg/m3 = 0.686mg/L〕，低于工程中控制指标 〔20～50 mg/L〕。
• 对象：CS，主要是AS；汽相和液相均 有发现。
• 机理：汽相中的裂纹沿焊接热影响区 直线进展，没有分枝；液相中裂纹从 熔合线上引发，然后向母材伸展，穿 晶型断裂。
实例1：液氨引起SCC ——兼影响因 素讨论
• 不管汽相或液相，除氨外还必须有O2 和N2，缺一不可。
• 15～30℃是敏感区域，低于10℃或高 于40℃不甚敏感。
• 承压设备从业人员往往觉得腐蚀问题涉及面广， 难以掌握重点，把握思路，在学习中存在畏难情 绪，感到不着边际。
腐蚀与防护-6讲-应力腐蚀
• 氯化物浓度和温度
– 氯脆：50～300℃
– 同一温度：浓度增加，SCC敏感性增大
– 浓度增加
100
沸点增加 SCC敏感性增大
1.5×10-3Cl-
10-4Cl-
10-5Cl-
开裂试样数 %
0 10h 1d
1周 试验时间
1个月 6个月
Cl-浓度对304不锈钢SCC的影响
奥氏体不锈钢SCC影响因素
钝化膜再次破裂，形成 新的活性阳极区，继续 深入地进行阳极溶解。
奥氏体不锈钢的SCC机理
如此反复作用，应力腐蚀破裂 的裂纹不断向开裂的前沿发展 造成纵深穿晶的裂纹，直至断 裂。
抑制横向溶解的主要因素是再 钝化。
奥氏体不锈钢的SCC机理
滑移-溶解-断裂理论： 表面膜的形成 应力作用下金属产生滑移引起表面膜的破裂 裸露金属的阳极溶解 裸露金属的再钝化
低应力的脆性断裂
沿晶应力腐蚀开裂-IGSCC
穿晶应力腐蚀开裂-TGSCC
SCC微观观察
有点蚀坑形成时，应力的作用下从点蚀坑底 部可诱发SCC裂纹
SCC裂纹尖端高分辨像
电化学作用下的裂纹形核
SCC与电极电位
材料与环境的交互作用反映在电位上就是SCC一般发生 在活化－钝化或钝化－过钝化的过渡区电位范围，即钝化膜 不完整的电位区间。
– 裂纹的途径取决于材料与介质 – 同一材料因介质变化，裂纹途径也可能改变
应力腐蚀裂纹的主要特点是： – 裂纹起源于表面 – 裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级 – 裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向 – 裂纹一般呈树枝状
裂纹形态
晶间型：裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金 穿晶型：裂纹穿越晶粒扩展，如奥氏体不锈钢、镁合金 混合型：钛合金
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水中Cl-浓度对 0Cr18Ni10钢SCC 敏感性的影响
5、应力腐蚀破裂敏感系数
在特定条件下，把应力腐蚀破裂时间的倒 数，称为破裂敏感系数。当破裂敏感系数越大时， 材料的应力腐蚀敏感性也越大。
Ni对18％Cr钢和合金的
SCC倾向影响示意图 1－穿晶破裂
2－晶间破裂
6、应力腐蚀破裂临界应力强度因子KISCC
在125℃沸腾的MgCl2和CaCl2中，pH值 对0Cr18Ni10钢应力腐蚀破裂时间的影响
2、临界应力SCE
金属材料在特定的腐蚀环境中，应力水平越 高，破裂时间越短；应力水平越低，破裂时间 越长。 原则上说，当应力水平低于某一数值时，不
会发生应力腐蚀破裂。该应力为临界应力，它
是评定应力腐蚀破裂敏感性的重要指标。
d、恒位移中心预裂试样
4、恒K1试样
a、锥梯形试样
b、与（w-a）无关的锥梯形试样
c、与（w-a）有关的锥梯形试样
5、KISCC及da/dt的测试步骤
a、试样的准备 应力腐蚀破裂试样的截取，要考虑 到母材的轧制方向，不同取向的试样， 试验结果不一样。
b、平面应变的条件是
B，a，（W－a）2.5(KISCC/s)2 试样尺寸只有满足上述条件，测得的KISCC才 是有效的。
0Cr15Ni75Fe 耐蚀 合金管材与管板 胀接后， 滚胀区 内表面残余应力
分布
案例：CO2高压热交换器管的破裂
材质：0Cr18Ni10 尺寸及结构：ø19× 1.6，共232根，每根长 8.5米。管与管板采用胀焊连接。 工作环境： 管内：湿CO2 。进口温度：180℃ ； 出口温度40～50℃ ；压力：80～90kgf。 管外：冷却水（含氧6～10ppm，Cl-80～100ppm） 进口温度：32～34 ℃ ；出口温度：80 ℃ ； 压力：4 kgf。 损坏情况：运转2月后发现泄漏，运转3个月检修时发现70多根 管子 破裂。破裂多发生在高温侧管板缝隙附近。 分析检验：裂纹从管外壁产生，向内壁扩展，属穿晶型应力 腐蚀裂纹特征。断口扫描电镜发现，破裂是典型的脆性解 理断裂，是由氯化物应力腐蚀造成的。
C、试样的加工
试样的加工，要求保证
尺寸公差和表面光洁度，
缺口的加工一般要求在线 切割机上进行，预制疲劳 裂纹在高频疲劳试验机上 进行，预制疲劳裂纹的走
向和试样中心的偏差一般
不超过10o。
d、试验步骤 ——以悬臂梁弯曲的试验步骤为例
• 将试样按要求装置在试验机上，首先在空气中逐渐加
大载荷，直至裂纹失稳扩展断裂，然后求KIC。 • 降低载荷，使试样的初始应力强度因子KIi低于KIx的 情况下，在特定腐蚀介质中试验，经过一段时间，试 样断裂；然后再降低KIi ，当KIi降低到某一极限值，试 样不再发生应力腐蚀断裂，这个极限值是KISCC。 • 用差动变压器或位移传感器测量加载点的位移 ，求 出裂纹的长度a，绘制a-t曲线，根据a-t ，可以求出da/dt。
3、恒位移K1减小试样
a、紧凑拉伸型试样
孔的中心与试样中心偏差在1o以内 缺口中心与试样中心偏差在1.27mm以内
与（w-a)无关的单缺口恒位移紧凑拉伸试样
与（w-a)有关的单缺口恒位移紧凑拉伸试样
b、WOL－T试样
c、双悬臂梁试样（DCB试样）
1－疲劳裂纹；2－应力腐蚀破裂； 3－机械失稳破裂
b、焊接圆盘试样
9、管状试验
内部压力下应力腐蚀试验的管 状试样和固定架
1－向管内加压应力及腐蚀剂 2－焊接
10、锅炉碱脆模拟试验装置
锅炉碱脆试验装置
1－锅炉水进；2－锅炉水出；3－通过锅炉水到试样；4－浓缩液； 5－蒸汽；6－试样；7－压紧板；8－垫片；9－夹紧螺母；10－调节螺钉
率法，又称恒
应变率法，它是将拉伸试
样放在特定的介质中，然 后在慢应变率试验机上， 用一定的、缓慢的应变速 度进行拉伸试验，直到拉 断。
SERT型慢应变应力腐蚀试验机
六、应力腐蚀案例
不锈钢管与管板胀接部位的横向裂纹
管与管板连接方式很多，在应 力腐蚀工程事故分析中，多遇到胀 －焊连接，仅胀未焊连接还仅焊未 胀连接三种。部分胀－焊连接方式 见图。 大量事故分析表明，不论是胀 －焊还是仅胀未焊连接，不锈钢管 束应力腐蚀裂纹多位于胀与未胀过 渡区。 这与滚胀连接时，局部变形， 受有较大的纵向残余拉应力有关。 实测表明，此处纵向应力一般高达 相当于屈服强度的数值。
典型的da/dt－K曲线（K为应力强度因子）
8、破裂电位范围和临界破裂电位
大量的例子表明，对于某一特定体系应力腐蚀 破裂只发生于一定的电位以上，低于这个电位则不 会发生，这个电位值称为应力腐蚀破裂临界电位。
在沸腾的42％MgCl2 溶液中，18－8Ti 不锈钢的电位－断裂 时间关系
二、试样及测试方法的类型
海水挂片试验装置 1－气箱；2－试片架；3－试片；4－绳；5－键；6－水线
四、KISCC及da/dt测试方法
1、试样分类
KISCC的测试方法一般采用缺口预制裂纹试样。 根据开缺口及预制裂纹的情况可分为：单缺口预制
裂纹试样；双缺口预制裂纹试样；表面预制裂纹试
样；圆周预制裂纹试样等。
SCC预制 裂纹试样 分类
4、C形环试验
C形环试样 取样的方法 (a)－管材 (b)－棒材 (c)－板材
C形环试样受力方法
5、O形环试验
O形环试样及加力塞子
(a)O形环试样；(b)加载塞子
6、叉形试验
调音叉试样
7、薄板预变形试验
预变形薄板试样
8、焊接接头应力腐蚀试验
a、焊接弯梁试样
焊接弯梁试样组合件
1－焊接拉伸面；2－焊接压缩面；3－焊接根部
KISCC系指在应力腐蚀破裂条件下的临界应力强
度因子。 KISCC 的实用价值在于它可以预示材料在
特定环境中抗应力腐蚀破裂的能力和使用寿命以
及是否处于安全使用状态。
KISCC 可以实测得到，也可以通过计算方法求
得。一般，通过理论方法求得 KISCC 十分麻烦，工
程上多通过实测得到。
7、裂纹扩展速率da/dt及裂纹扩展速度v
2、恒负载KI增加试样
a、单缺口恒拉伸预制试样（SEL试样）
b、恒负载三点弯曲试样（3PB试样）
c、恒负载四点弯曲试样（4BP试样）
d、恒负载悬臂弯曲试样（CB试样）
e、恒负载中心预制裂纹试样（CC试样）
f、恒负载表面预制裂纹
g、双缺口预裂纹拉伸试样
h、圆棒形预裂纹拉伸试样
i、紧凑拉伸试样（CT）
各种工业用不锈钢在MgCl2 介质中对应力腐蚀破裂的敏感性
3.破裂深度hf
应力腐蚀破裂的敏感性，还可以用应力腐蚀裂
纹的深度，或平均裂纹深度，或是最大裂纹深度 来表示。 在一定条件下，应力腐蚀裂纹深度越大，应 力腐蚀破裂的敏感性也越大。
4、试样破裂百分比
用应力腐蚀试样在特定条件下发生破裂和未 发生破裂的百分数来表示敏感性。
b、三点弯曲试样
恒应变三点弯曲 试样及试验装置
恒载荷三点弯曲试验
1－棒；2－试样； 3－荷重
C、四点弯曲试样
恒应变四点弯曲试样及试样架
恒应变四点弯曲试样及试样架
1－棒；2－试样；3－荷重
d、双弯梁
3、U形弯曲试样
U形试样 弯曲过程
常用的U形试样
1－焊接或缚紧；2－焊接；3－夹紧前；4－受力试样
应力腐蚀及环境氢脆测试方法
一、应力腐蚀及环境氢脆敏感性的判据
1、开裂时间tc及断裂时间Tf
金属材料在不同的应力状态下和不同的介质 环境中的开裂或断裂时间；或者在一定应力状态 下和一定的介质环境中，可以用应力腐蚀及环境 氢脆断裂或开裂的时间来表示某种金属的应力腐 蚀及环境氢脆的敏感性。 一般来说，断裂或开裂时间越短，应力腐蚀 破裂及环境氢脆的敏感性越大。
应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，是评定金属材料 应力腐蚀破裂敏感性的重要指标。一般来说， da/dt越大，材料的应力腐蚀敏感性也越大。已经 产生应力腐蚀裂纹的典型的da/dt－K曲线如下图。
从图中看出，它分为三个阶段：（1）K值超过KISCC
达到某一门坎值KTH，裂纹随K值的增加迅速扩展， da/dt 与K基本呈线性关系；(2)当K增加到某一数值时，这时的 裂纹扩展速度达到某一稳定值，裂纹扩展速率基本是一个 常数， da/dt与K几乎无关；（3）当K继续增加到某一数值 时，随着K增加， da/dt迅速增加，当K增加到KIC，材料发 生机械失稳断裂。
1、试样类型
• 光滑试样 • 缺口试样 • 缺口预制裂纹试样
2、测试方法分类
• 恒载荷法－－试验过程中载荷不变； • 恒应变法－－试验过程中加一恒定的应变；
• KISCC及da/dt测定法；
• 慢应变法；
• 恒应力法，或称恒K1法。
3、应力腐蚀破裂试验中的困难
• 应力腐蚀试验的 试验周期一般较长 ，要保持试验介 质的浓度、温度等试验条件不变，是比较困难的， 而这些都将影响试验结果，同时如何缩短试验周期， 加速应力腐蚀破裂过程，也是需要解决的问题。 • 应力腐蚀试验的试样是浸在腐蚀介质中的，因此对 于裂纹扩展情况的观察和测量都受到限制。 • 应力腐蚀试验的 微区电化学过程的测试，还存在技 术上的困难， 如微区的电极电位，微区的极化曲线 等等的测量，目前还相当困难。 • 应力腐蚀试验的 影响因素很多 ，往往试验结果数据 很分散，而且重现性较差，因此处理很困难。
67管与管板连接 及管上应力腐蚀裂纹示意图
管板缝隙处破裂的管子
案例二、化肥厂冷却器管的破损
材质：00Cr18Ni10 尺寸： ø19× 2
工作环境：管内－高温CO2 ；管外－冷却水 损坏情况：运转不到半年，发生多处破损事故。 分析检验：裂纹以横裂为主。裂纹由外壁产生，向内壁扩展，属典 型的穿晶型应力腐蚀裂纹。
5、应力腐蚀破裂敏感系数
在特定条件下，把应力腐蚀破裂时间的倒 数，称为破裂敏感系数。当破裂敏感系数越大时， 材料的应力腐蚀敏感性也越大。
Ni对18％Cr钢和合金的
SCC倾向影响示意图 1－穿晶破裂
2－晶间破裂
6、应力腐蚀破裂临界应力强度因子KISCC
在125℃沸腾的MgCl2和CaCl2中，pH值 对0Cr18Ni10钢应力腐蚀破裂时间的影响
2、临界应力SCE
金属材料在特定的腐蚀环境中，应力水平越 高，破裂时间越短；应力水平越低，破裂时间 越长。 原则上说，当应力水平低于某一数值时，不
会发生应力腐蚀破裂。该应力为临界应力，它
是评定应力腐蚀破裂敏感性的重要指标。
d、恒位移中心预裂试样
4、恒K1试样
a、锥梯形试样
b、与（w-a）无关的锥梯形试样
c、与（w-a）有关的锥梯形试样
5、KISCC及da/dt的测试步骤
a、试样的准备 应力腐蚀破裂试样的截取，要考虑 到母材的轧制方向，不同取向的试样， 试验结果不一样。
b、平面应变的条件是
B，a，（W－a）2.5(KISCC/s)2 试样尺寸只有满足上述条件，测得的KISCC才 是有效的。
0Cr15Ni75Fe 耐蚀 合金管材与管板 胀接后， 滚胀区 内表面残余应力
分布
案例：CO2高压热交换器管的破裂
材质：0Cr18Ni10 尺寸及结构：ø19× 1.6，共232根，每根长 8.5米。管与管板采用胀焊连接。 工作环境： 管内：湿CO2 。进口温度：180℃ ； 出口温度40～50℃ ；压力：80～90kgf。 管外：冷却水（含氧6～10ppm，Cl-80～100ppm） 进口温度：32～34 ℃ ；出口温度：80 ℃ ； 压力：4 kgf。 损坏情况：运转2月后发现泄漏，运转3个月检修时发现70多根 管子 破裂。破裂多发生在高温侧管板缝隙附近。 分析检验：裂纹从管外壁产生，向内壁扩展，属穿晶型应力 腐蚀裂纹特征。断口扫描电镜发现，破裂是典型的脆性解 理断裂，是由氯化物应力腐蚀造成的。
C、试样的加工
试样的加工，要求保证
尺寸公差和表面光洁度，
缺口的加工一般要求在线 切割机上进行，预制疲劳 裂纹在高频疲劳试验机上 进行，预制疲劳裂纹的走
向和试样中心的偏差一般
不超过10o。
d、试验步骤 ——以悬臂梁弯曲的试验步骤为例
• 将试样按要求装置在试验机上，首先在空气中逐渐加
大载荷，直至裂纹失稳扩展断裂，然后求KIC。 • 降低载荷，使试样的初始应力强度因子KIi低于KIx的 情况下，在特定腐蚀介质中试验，经过一段时间，试 样断裂；然后再降低KIi ，当KIi降低到某一极限值，试 样不再发生应力腐蚀断裂，这个极限值是KISCC。 • 用差动变压器或位移传感器测量加载点的位移 ，求 出裂纹的长度a，绘制a-t曲线，根据a-t ，可以求出da/dt。
3、恒位移K1减小试样
a、紧凑拉伸型试样
孔的中心与试样中心偏差在1o以内 缺口中心与试样中心偏差在1.27mm以内
与（w-a)无关的单缺口恒位移紧凑拉伸试样
与（w-a)有关的单缺口恒位移紧凑拉伸试样
b、WOL－T试样
c、双悬臂梁试样（DCB试样）
1－疲劳裂纹；2－应力腐蚀破裂； 3－机械失稳破裂
b、焊接圆盘试样
9、管状试验
内部压力下应力腐蚀试验的管 状试样和固定架
1－向管内加压应力及腐蚀剂 2－焊接
10、锅炉碱脆模拟试验装置
锅炉碱脆试验装置
1－锅炉水进；2－锅炉水出；3－通过锅炉水到试样；4－浓缩液； 5－蒸汽；6－试样；7－压紧板；8－垫片；9－夹紧螺母；10－调节螺钉
率法，又称恒
应变率法，它是将拉伸试
样放在特定的介质中，然 后在慢应变率试验机上， 用一定的、缓慢的应变速 度进行拉伸试验，直到拉 断。
SERT型慢应变应力腐蚀试验机
六、应力腐蚀案例
不锈钢管与管板胀接部位的横向裂纹
管与管板连接方式很多，在应 力腐蚀工程事故分析中，多遇到胀 －焊连接，仅胀未焊连接还仅焊未 胀连接三种。部分胀－焊连接方式 见图。 大量事故分析表明，不论是胀 －焊还是仅胀未焊连接，不锈钢管 束应力腐蚀裂纹多位于胀与未胀过 渡区。 这与滚胀连接时，局部变形， 受有较大的纵向残余拉应力有关。 实测表明，此处纵向应力一般高达 相当于屈服强度的数值。
典型的da/dt－K曲线（K为应力强度因子）
8、破裂电位范围和临界破裂电位
大量的例子表明，对于某一特定体系应力腐蚀 破裂只发生于一定的电位以上，低于这个电位则不 会发生，这个电位值称为应力腐蚀破裂临界电位。
在沸腾的42％MgCl2 溶液中，18－8Ti 不锈钢的电位－断裂 时间关系
二、试样及测试方法的类型
海水挂片试验装置 1－气箱；2－试片架；3－试片；4－绳；5－键；6－水线
四、KISCC及da/dt测试方法
1、试样分类
KISCC的测试方法一般采用缺口预制裂纹试样。 根据开缺口及预制裂纹的情况可分为：单缺口预制
裂纹试样；双缺口预制裂纹试样；表面预制裂纹试
样；圆周预制裂纹试样等。
SCC预制 裂纹试样 分类
4、C形环试验
C形环试样 取样的方法 (a)－管材 (b)－棒材 (c)－板材
C形环试样受力方法
5、O形环试验
O形环试样及加力塞子
(a)O形环试样；(b)加载塞子
6、叉形试验
调音叉试样
7、薄板预变形试验
预变形薄板试样
8、焊接接头应力腐蚀试验
a、焊接弯梁试样
焊接弯梁试样组合件
1－焊接拉伸面；2－焊接压缩面；3－焊接根部
KISCC系指在应力腐蚀破裂条件下的临界应力强
度因子。 KISCC 的实用价值在于它可以预示材料在
特定环境中抗应力腐蚀破裂的能力和使用寿命以
及是否处于安全使用状态。
KISCC 可以实测得到，也可以通过计算方法求
得。一般，通过理论方法求得 KISCC 十分麻烦，工
程上多通过实测得到。
7、裂纹扩展速率da/dt及裂纹扩展速度v
2、恒负载KI增加试样
a、单缺口恒拉伸预制试样（SEL试样）
b、恒负载三点弯曲试样（3PB试样）
c、恒负载四点弯曲试样（4BP试样）
d、恒负载悬臂弯曲试样（CB试样）
e、恒负载中心预制裂纹试样（CC试样）
f、恒负载表面预制裂纹
g、双缺口预裂纹拉伸试样
h、圆棒形预裂纹拉伸试样
i、紧凑拉伸试样（CT）
各种工业用不锈钢在MgCl2 介质中对应力腐蚀破裂的敏感性
3.破裂深度hf
应力腐蚀破裂的敏感性，还可以用应力腐蚀裂
纹的深度，或平均裂纹深度，或是最大裂纹深度 来表示。 在一定条件下，应力腐蚀裂纹深度越大，应 力腐蚀破裂的敏感性也越大。
4、试样破裂百分比
用应力腐蚀试样在特定条件下发生破裂和未 发生破裂的百分数来表示敏感性。
b、三点弯曲试样
恒应变三点弯曲 试样及试验装置
恒载荷三点弯曲试验
1－棒；2－试样； 3－荷重
C、四点弯曲试样
恒应变四点弯曲试样及试样架
恒应变四点弯曲试样及试样架
1－棒；2－试样；3－荷重
d、双弯梁
3、U形弯曲试样
U形试样 弯曲过程
常用的U形试样
1－焊接或缚紧；2－焊接；3－夹紧前；4－受力试样
应力腐蚀及环境氢脆测试方法
一、应力腐蚀及环境氢脆敏感性的判据
1、开裂时间tc及断裂时间Tf
金属材料在不同的应力状态下和不同的介质 环境中的开裂或断裂时间；或者在一定应力状态 下和一定的介质环境中，可以用应力腐蚀及环境 氢脆断裂或开裂的时间来表示某种金属的应力腐 蚀及环境氢脆的敏感性。 一般来说，断裂或开裂时间越短，应力腐蚀 破裂及环境氢脆的敏感性越大。
应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，是评定金属材料 应力腐蚀破裂敏感性的重要指标。一般来说， da/dt越大，材料的应力腐蚀敏感性也越大。已经 产生应力腐蚀裂纹的典型的da/dt－K曲线如下图。
从图中看出，它分为三个阶段：（1）K值超过KISCC
达到某一门坎值KTH，裂纹随K值的增加迅速扩展， da/dt 与K基本呈线性关系；(2)当K增加到某一数值时，这时的 裂纹扩展速度达到某一稳定值，裂纹扩展速率基本是一个 常数， da/dt与K几乎无关；（3）当K继续增加到某一数值 时，随着K增加， da/dt迅速增加，当K增加到KIC，材料发 生机械失稳断裂。
1、试样类型
• 光滑试样 • 缺口试样 • 缺口预制裂纹试样
2、测试方法分类
• 恒载荷法－－试验过程中载荷不变； • 恒应变法－－试验过程中加一恒定的应变；
• KISCC及da/dt测定法；
• 慢应变法；
• 恒应力法，或称恒K1法。
3、应力腐蚀破裂试验中的困难
• 应力腐蚀试验的 试验周期一般较长 ，要保持试验介 质的浓度、温度等试验条件不变，是比较困难的， 而这些都将影响试验结果，同时如何缩短试验周期， 加速应力腐蚀破裂过程，也是需要解决的问题。 • 应力腐蚀试验的试样是浸在腐蚀介质中的，因此对 于裂纹扩展情况的观察和测量都受到限制。 • 应力腐蚀试验的 微区电化学过程的测试，还存在技 术上的困难， 如微区的电极电位，微区的极化曲线 等等的测量，目前还相当困难。 • 应力腐蚀试验的 影响因素很多 ，往往试验结果数据 很分散，而且重现性较差，因此处理很困难。
67管与管板连接 及管上应力腐蚀裂纹示意图
管板缝隙处破裂的管子
案例二、化肥厂冷却器管的破损
材质：00Cr18Ni10 尺寸： ø19× 2
工作环境：管内－高温CO2 ；管外－冷却水 损坏情况：运转不到半年，发生多处破损事故。 分析检验：裂纹以横裂为主。裂纹由外壁产生，向内壁扩展，属典 型的穿晶型应力腐蚀裂纹。