应力腐蚀开裂SCC课件
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10-应力腐蚀开裂-氢致开裂
33
四、氢致开裂的机理——氢鼓泡（生成氢分子）
氢鼓泡机理示意图
➢ H2S是弱酸，在酸性溶 液中主要以分子形式存在；
➢ 在金属表面阴极反应生 成大量的氢原子；
➢ 氢原子渗入金属内部， 通过扩散达到缺陷处，析出 氢气产生高压；
➢ 非金属夹杂物（如Ⅱ型 MnS）为裂纹的主要形核位 置。
34
抑制氢鼓泡的措施
机械原因：材料受力变形时造成钝化 膜破坏。
17
2、溶解（裂纹扩展）
➢ 裂纹扩展的可能途径：预先存在活性通道和应变产生的 活性通道。 ➢ 活性通道理论（拉伸应力较小时）
大的应力作用在裂缝尖端应力集中，使表面膜破裂。 合金中预先存在一条对腐蚀敏感的通道，在特定介质条 件下成为活性阳极。 形成活性通道可能性有：合金成分结构差异；晶界或亚 晶界；局部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面 膜局部破裂；塑性变形引起的阳极区等。
氢原子
d
氢分子
a
c b
表面铁原子
e
h
+
++
++ h’
f
渗碳体或
g
固溶体碳原子
g’
内部铁原子
钢的氢腐蚀机理模型示意图
31
铁素体晶体结构和显微组织 含碳少
奥氏体晶体结构和显微组织 含碳多
抑制氢腐蚀的措施
➢ 温度：各种钢发生氢腐蚀的起始温度为200oC以上。 ➢ 氢分压：氢分压低时，发生表面脱碳难以鼓泡或开裂。 ➢ 介质气体：含氧或水蒸气时，降低氢进入钢中的速度； 含H2S时，孕育期变短。 ➢ 合金元素：碳含量增加，孕育期变短；加入形成碳化物 金属（Ti、Nb、Mo、W、Cr），减少甲烷生成；MnS为裂 纹源的引发处，应去除。 ➢ 热处理和冷加工。
四、氢致开裂的机理——氢鼓泡（生成氢分子）
氢鼓泡机理示意图
➢ H2S是弱酸，在酸性溶 液中主要以分子形式存在；
➢ 在金属表面阴极反应生 成大量的氢原子；
➢ 氢原子渗入金属内部， 通过扩散达到缺陷处，析出 氢气产生高压；
➢ 非金属夹杂物（如Ⅱ型 MnS）为裂纹的主要形核位 置。
34
抑制氢鼓泡的措施
机械原因：材料受力变形时造成钝化 膜破坏。
17
2、溶解（裂纹扩展）
➢ 裂纹扩展的可能途径：预先存在活性通道和应变产生的 活性通道。 ➢ 活性通道理论（拉伸应力较小时）
大的应力作用在裂缝尖端应力集中，使表面膜破裂。 合金中预先存在一条对腐蚀敏感的通道，在特定介质条 件下成为活性阳极。 形成活性通道可能性有：合金成分结构差异；晶界或亚 晶界；局部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面 膜局部破裂；塑性变形引起的阳极区等。
氢原子
d
氢分子
a
c b
表面铁原子
e
h
+
++
++ h’
f
渗碳体或
g
固溶体碳原子
g’
内部铁原子
钢的氢腐蚀机理模型示意图
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铁素体晶体结构和显微组织 含碳少
奥氏体晶体结构和显微组织 含碳多
抑制氢腐蚀的措施
➢ 温度：各种钢发生氢腐蚀的起始温度为200oC以上。 ➢ 氢分压：氢分压低时，发生表面脱碳难以鼓泡或开裂。 ➢ 介质气体：含氧或水蒸气时，降低氢进入钢中的速度； 含H2S时，孕育期变短。 ➢ 合金元素：碳含量增加，孕育期变短；加入形成碳化物 金属（Ti、Nb、Mo、W、Cr），减少甲烷生成；MnS为裂 纹源的引发处，应去除。 ➢ 热处理和冷加工。
硫化物应力腐蚀开裂(SSC)
H．7硫化物应力腐蚀开裂（SSC）H.7.1概述对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关，这主要与pH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。
典型地，人们发现钢中的氢溶解量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值较低和较高的溶液中较高。
在较低pH值中的腐蚀原因是因为H2S，反之在高pH值中腐蚀是因为高浓度的二价硫离子。
若高pH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。
目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量（例如H2S在气相中的分压，或液相中的H2S含量）的增加而增大。
H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。
对SCC的敏感性主要与材料两种物理参数有关硬度和应力水平。
随着硬度的增加钢对SCC的敏感性也增加。
通常对用于湿硫化氢环境的碳钢压力容器和管道不考虑SCC，因为它们具有较低的硬度（强度）。
然而，焊接后的焊缝熔合区和热影响区具有高的残余应力。
高的残余拉应力与焊缝结合增加了钢对SCC的敏感性。
焊后热处理能够有效地减少残余应力，焊缝熔合区和热影响区的回火（软化）处理也有同样的效果。
对每英寸厚度在大约1150℉（621℃）下保温一小时（最少一小时）的热处理方法被证明是一种对碳钢有效的防止腐蚀性开裂的消除应力热处理方法。
对低合金钢有时需要更高的温度。
控制硬度和减少残余应力被认为是防止SCC的方法，在NACE RP 0472中有详细描叙。
H.7.2基础数据表H-8中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管线对硫化物应力腐蚀开裂敏感性所需的基础数据。
如果无法确定准确的工艺参数，则需咨询知识丰富的工艺工程师来进行预测。
H.7.3确定环境苛刻度如果没有水存在，则认为设备和管线对SCC没有敏感性。
如果有水存在，则用从表H-8中得出的有关水中的H2S含量和它的pH值的基础数据再从表H-9中估计环境苛刻度（潜在的氢溶解量）。
H.7.4确定对SCC的敏感性用在表H-9中确定的环境苛刻度以及在表H-8中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后热处理的基础数据，从表H-10中确定对SCC的敏感性。
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
蠕变、应力腐蚀、氢脆ppt课件
应力腐蚀 腐蚀 腐蚀疲劳
氢脆 蠕变
ppt课件
1
应力腐蚀
0应力腐蚀现象 1应力腐蚀定义 2应力腐蚀特征 3应力腐蚀的影响因素 4应力腐蚀的防止措施 5应力腐蚀抗力指标及测试方法
ppt课件
2
0应力腐蚀现象
第一次世界大战期间，用H70经过深冲成型的
黄铜弹壳，在战场上出现大量破裂现象。经研
应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀之一，
在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度
比其他类型的局部腐蚀要快几个数量级。
ppt课件
5
1应力腐蚀定义
ppt课件
6
1应力腐蚀定义
危害：缓和的介质+较小的应力
1.导致应力腐蚀破坏的介质为不腐蚀或轻微腐 蚀。
2.导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力
发生应力腐蚀的温度一般在50-300℃
的一个力学性能指标。ppt课件
18
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
对含有裂纹的金属材料，应力腐蚀条件下的断 裂判据： 当作用于裂纹尖端的初始应力强度因子：
ppt课件
19
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
5.2KISCC的测定方法 （1） 采用光滑试样
数据分散；
对某些材料可能会给出错误的判断 ；
名义应力不反映裂纹扩展的驱动力，不便于 工程应用。
ppt课件
15
1.4应力腐蚀的防治措施
4.4合理选材等其他方法
1.采用高镍的奥氏体钢，可提高SCC的性能
2.采用阴极保护可减缓或者阻止SCC
ppt课件
16
4应力腐蚀的防治措施
SCC像晶间腐蚀一样，能导致飞机结构临界载 荷破裂失效。
在飞机制造中，安装和装配应力应该消除。材
氢脆 蠕变
ppt课件
1
应力腐蚀
0应力腐蚀现象 1应力腐蚀定义 2应力腐蚀特征 3应力腐蚀的影响因素 4应力腐蚀的防止措施 5应力腐蚀抗力指标及测试方法
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2
0应力腐蚀现象
第一次世界大战期间，用H70经过深冲成型的
黄铜弹壳，在战场上出现大量破裂现象。经研
应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀之一，
在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度
比其他类型的局部腐蚀要快几个数量级。
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5
1应力腐蚀定义
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6
1应力腐蚀定义
危害：缓和的介质+较小的应力
1.导致应力腐蚀破坏的介质为不腐蚀或轻微腐 蚀。
2.导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力
发生应力腐蚀的温度一般在50-300℃
的一个力学性能指标。ppt课件
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
对含有裂纹的金属材料，应力腐蚀条件下的断 裂判据： 当作用于裂纹尖端的初始应力强度因子：
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19
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
5.2KISCC的测定方法 （1） 采用光滑试样
数据分散；
对某些材料可能会给出错误的判断 ；
名义应力不反映裂纹扩展的驱动力，不便于 工程应用。
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15
1.4应力腐蚀的防治措施
4.4合理选材等其他方法
1.采用高镍的奥氏体钢，可提高SCC的性能
2.采用阴极保护可减缓或者阻止SCC
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16
4应力腐蚀的防治措施
SCC像晶间腐蚀一样，能导致飞机结构临界载 荷破裂失效。
在飞机制造中，安装和装配应力应该消除。材
承压设备损伤之应力腐蚀开裂
承压设备损伤之应力腐蚀开裂承压设备损伤之应力腐蚀开裂1.3 应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而互生失效的一种通用术语。
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。
裂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。
《承压设备损伤模式识别》、《容器定检规》中称为“环境开裂”（共列出13种）：氯化物应力腐蚀开裂、碳酸盐、硝酸盐、碱、氨、胺、湿硫化氢破坏（氢鼓包、氢致开裂、应力导向型氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂）、氢氟酸致氢应力开裂、氢氰酸致氢应力开裂、氢脆、高温水、连多硫酸、液体金属脆断等等。
>>裂纹特征应力腐蚀的宏观裂纹均起自于表面且分布具有明显的局部性；裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近未见塑性变形；除裂纹部位外，其它部位腐蚀轻微，且常有金属光泽。
>>在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹。
应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶＋沿晶混合型；裂纹的宽度较小，而扩展较深，裂纹的纵深常较其宽度大几个数量级；>>裂纹既有主干也有分支，典型裂纹多貌似落叶后的树干和树枝，裂纹尖端较锐利。
典型的应力腐蚀开裂裂纹及其微观形貌沿晶裂纹穿晶裂纹>>断口形貌应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。
断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样。
断口扫描电镜微观形貌－解理＋微裂纹沿晶断口，晶间存在微裂纹1.3.1 氯化物应力腐蚀开裂奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂。
>>损伤机理氯离子易吸附在奥氏体不锈钢表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏。
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。
7.应力腐蚀电化学方法PPT课件
6
.
应力腐蚀谱
←腐蚀为主
应力为主→
晶
脆
间 腐 碳钢 蚀
性
Al-Zn- 低合 黄 奥 氏 MMg 钛 合 高强 断
Mg
金钢 铜 体 不 -Al
金
度钢 裂
锈钢
在 NO3- 在 Cl- 在
在在
中
中
NH4 Cl- Cl-
+中 中 中
在 Cr2O7 -Cl-中
在甲 醇中
在 H2O 中
硝脆
氯脆
氨脆 氯 脆
氯脆 氯脆
都不起作用。
11
.
7.1.3影响应力腐蚀开裂的因素
7.1.3.1应力因素 应力种类：工作应力（载荷）；残余应力（冷轧，机械加工）；热应力（
焊接，热处理）；结构应力（装配）。拉应力作用在于使金属发生滑 移和裂纹扩展，破坏腐蚀产物层，促进局部腐蚀。 7.3.1.2介质环境因素 （1）特殊离子极其浓度影响：只有特定的合金-环境体系中才能发生SCC ：黄铜+氨溶液；奥氏体不锈钢+氯离子溶液；碳钢+OH-离子溶液。 氧浓度，氯离子浓度影响。 （2）温度影响：高于临界温度才能发生SCC。 （3）溶液pH值：不同体系影响不同：不锈钢：6~7最敏感，pH值增加减 缓SCC。 （4）界面电位状态：SCC只能在一定的电位范围才能够发生。 合金阳极极化曲线三个对SCC敏感的钝化膜不稳定过渡区：活化-阴极保 护过渡区；活化-钝化过渡区；钝化-过钝化过渡区。
❖ 应力腐蚀开裂过程中，阳极极化裂纹加速，阴极极化，裂纹抑制，表明 破坏过程与电化学过程密切相关。组织结构存在电化学不均匀性，存在 缺陷性活性中心，成为裂纹源。
❖ 裂纹源在特定介质中（Cl-）和拉应力联合作用下，产生滑移阶梯拉破 表面膜，暴露的新鲜金属成为小阳极被迅速腐蚀；蚀坑沿滑移线与拉应 力垂直方向发展为微观裂纹。发展的孕育期。
应力腐蚀开裂(SCC)课件
应力腐蚀开裂（SCC）
大家好，前面我们学习了全面腐 蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、 晶间腐蚀和选择性腐蚀。这些都 是不考虑外力的情况下金属的腐 蚀形态。
贵金属 全面腐蚀
次贵金属
电偶腐蚀
孔蚀
层状 塞状 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀
实际上，在各种环境中服役的金 属材料，除了受腐蚀介质的作用 外，同时还受到各种应力作用， 这样将导致更为严重的腐蚀破坏。
安全区
其次，SCC裂纹也有一定的特点， 它们起源于表面；一般呈树枝状， 长宽尺寸相差几个数量级；扩展方 向一般垂直于主拉伸应力的方向； 有晶间型、穿晶型和混合型。晶间 型的有软钢、铝合金、铜合金等； 穿晶型的有奥氏体不锈钢、镁合金； 混合型的有钛合金等。
F F
混合型
SCC裂纹的扩展速率一般为106-10-3mm/min，比均匀腐蚀快 约百万倍，但又仅为纯机械断裂 速度的十亿分之一。在整个过程 中，扩展速率并不是一成不变的。
拉应力
拉应力 A区，裂纹两侧，腐蚀电流密度10-5A/cm2 阴极C 静态阳极A （稳定阳极）
介 质
腐蚀介质 A* 屈服阳极A* （动力阳极） A
A*区，裂纹尖端，腐蚀电流密度0.5A/cm2 阴极C
我画的很简陋，请进行美化，谢谢！
阴极保护可以防止和抑制应力腐 蚀破裂，是对此理论的证明，所 以其接受度较高。
这种现象尤其容易发生在热交换 器、冷却器、蒸汽发生器、送风 机等设备上，像锅炉璧、埋地管 道等，涉及所有重要的经济领域。
锅炉壁
埋地管道
由于是脆性断裂，所以往往会带 来灾难性的后果，如美国的“银 桥”由于长期在含有较高浓度的 硫化氢和二氧化硫的空气中服役 而突然断裂，造成46人丧生和 巨大的经济损失。
大家好，前面我们学习了全面腐 蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、 晶间腐蚀和选择性腐蚀。这些都 是不考虑外力的情况下金属的腐 蚀形态。
贵金属 全面腐蚀
次贵金属
电偶腐蚀
孔蚀
层状 塞状 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀
实际上，在各种环境中服役的金 属材料，除了受腐蚀介质的作用 外，同时还受到各种应力作用， 这样将导致更为严重的腐蚀破坏。
安全区
其次，SCC裂纹也有一定的特点， 它们起源于表面；一般呈树枝状， 长宽尺寸相差几个数量级；扩展方 向一般垂直于主拉伸应力的方向； 有晶间型、穿晶型和混合型。晶间 型的有软钢、铝合金、铜合金等； 穿晶型的有奥氏体不锈钢、镁合金； 混合型的有钛合金等。
F F
混合型
SCC裂纹的扩展速率一般为106-10-3mm/min，比均匀腐蚀快 约百万倍，但又仅为纯机械断裂 速度的十亿分之一。在整个过程 中，扩展速率并不是一成不变的。
拉应力
拉应力 A区，裂纹两侧，腐蚀电流密度10-5A/cm2 阴极C 静态阳极A （稳定阳极）
介 质
腐蚀介质 A* 屈服阳极A* （动力阳极） A
A*区，裂纹尖端，腐蚀电流密度0.5A/cm2 阴极C
我画的很简陋，请进行美化，谢谢！
阴极保护可以防止和抑制应力腐 蚀破裂，是对此理论的证明，所 以其接受度较高。
这种现象尤其容易发生在热交换 器、冷却器、蒸汽发生器、送风 机等设备上，像锅炉璧、埋地管 道等，涉及所有重要的经济领域。
锅炉壁
埋地管道
由于是脆性断裂，所以往往会带 来灾难性的后果，如美国的“银 桥”由于长期在含有较高浓度的 硫化氢和二氧化硫的空气中服役 而突然断裂，造成46人丧生和 巨大的经济损失。
应力作用下的局部腐蚀
5.5 应力作用下的局部腐 蚀
• 5.5.1 应力腐蚀断裂
• 5.5.2 金属的氢脆和氢损伤
• 5.5.3 腐蚀疲劳
精品课件
1
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。
精品课件
11
316L不锈钢应力腐蚀断口
氢致解理断口
穿晶脆性断裂组织图
精品课件 沿晶脆性断裂组织图 12
7、应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结构，裂纹走向垂 直于应力方向。
精品课件
13
应力腐蚀断裂的机理
目前关于应力腐蚀断裂机理已达十几种，帕金斯于 1964年提出“应力腐蚀谱”的观点，把各种SCC类型及 其机理排列起来构成一个连续的谱，如下表所示。
脆断。这种应力
腐蚀称为氢脆型
SCC（HE-SCC）。
也称氢的滞后开
裂。
精品课件
20
影响应力腐蚀断裂的因素
1、应力
应力来源：
（1）工作应力：设备和部件在工作条件下所承受的外加载 荷；
（2）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、冷拔、冷弯、冷作、机械加
工、焊接、热处理过程中产生的残余应力；
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”。
精品课件
2
不同情况引起的应力腐蚀断裂
1、由于弯曲残余应力引起的 该裂纹多为纵向形式
精品课件
3
2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹
• 5.5.1 应力腐蚀断裂
• 5.5.2 金属的氢脆和氢损伤
• 5.5.3 腐蚀疲劳
精品课件
1
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。
精品课件
11
316L不锈钢应力腐蚀断口
氢致解理断口
穿晶脆性断裂组织图
精品课件 沿晶脆性断裂组织图 12
7、应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结构，裂纹走向垂 直于应力方向。
精品课件
13
应力腐蚀断裂的机理
目前关于应力腐蚀断裂机理已达十几种，帕金斯于 1964年提出“应力腐蚀谱”的观点，把各种SCC类型及 其机理排列起来构成一个连续的谱，如下表所示。
脆断。这种应力
腐蚀称为氢脆型
SCC（HE-SCC）。
也称氢的滞后开
裂。
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影响应力腐蚀断裂的因素
1、应力
应力来源：
（1）工作应力：设备和部件在工作条件下所承受的外加载 荷；
（2）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、冷拔、冷弯、冷作、机械加
工、焊接、热处理过程中产生的残余应力；
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”。
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2
不同情况引起的应力腐蚀断裂
1、由于弯曲残余应力引起的 该裂纹多为纵向形式
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3
2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹
应力腐蚀试验的试样 ppt课件
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2）带缺口试样
缺口试样是模拟金属材料中宏观裂纹和各种加工缺口 效应以考察材料SCC敏感性的专门试样。 优点： ① 缩短孕育期，加速SCC进程； ② 使SCC限定于缺口区域； ③ 改善测量数据的重现性； ④ 便于测量某些参数，如裂纹扩展速率。
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3）预制裂纹试样
预裂纹SCC试样是预开机械缺口并经疲劳处理产生裂 纹的试样，通过SCC试验和断裂力学分析，测试结果可用 于丁程设计、安全评定和寿命估计。
第五章 局部腐蚀Biblioteka 试验方法5.5 应力腐蚀开裂试验方法 5.5.2 应力腐蚀试验的试样
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1
5.5.2 应力腐蚀试验的试样 1）光滑试样
2）带缺口试样
3）预制裂纹试样
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2
1）光滑试样 （1）弹性应变试样
（2）塑性应变试样
（3）残余应力试样
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3
（1）弹性应变试样
为了控制通过变形加载所施加的表面拉伸应力，应变 通常限定在试验材料的弹性范围，然后通过测量应变和 弹性模量可以计算施加膨力的大小。在恒载荷加载的情 况下，通常是直接测定载荷，并根据试样的几何条件和 加载方法利用适当的公式计算应力。为施加载菏和监测 载荷可能出现的变化，可使用测力传感器或校正弹簧。
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这种试样通常用于筛选试验，用以检测一种合金 在不同环境中、在给定环境中具有不同金相条件的合 金以及在相同环境中不同台金之间在耐SCC性能方面 的差别。
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U型弯曲试样
塑性应变试样
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残余应力试样
① 塑性变形试样
在室温下包括局部塑性变形的一些加工过程(如成形、 调直和模锻)所造成的残余应力可能超过材料的弹性极限。 塑性变形试样可以是杯突试样、偏斜挤压试样、经冷加工 的管节、具有剪切边、冲压孔或钢印的板材等。这类试样 通常是定性的，不能确切知道应力的大小。
金属应力腐蚀和氢脆断裂ppt课件
2. 白点〔发裂〕
当钢中含有过量的氢肘，随着温度降低， 氢在钢中的溶解度减小。假设过饱和的氢未 能分散逸出，便聚集在某些缺陷处而构成氢 分子。此时。氢的体积发生急剧膨胀，内压 力很大足以将金属部分撕裂，而构成微裂纹。 这种微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色为 雪白色。故称为白点。
图6-9为10CrNiMoV钢锻材调质后纵断面上 的白点形貌
产生应力腐蚀。 ⑶ 金属资料 普通以为，纯金属不会产生应力腐蚀，一切合
金对应力腐蚀都有不同程度的敏感性。
二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征
〔一〕 应力腐蚀断裂机理 关于在应力和化学介质结协作用下裂纹
的构成和扩展问题，有多种实际，至今尚未 得到一致的见解。下面着重引见以 阳极溶解为根底的钝 化膜破坏实际。如图 6-1所示。
〔二〕. 应力腐蚀断口特征
应力腐蚀的显微裂纹如 图6-2所示，常有分叉景象， 呈枯树枝状。这阐明，在应 力腐蚀时，有一主裂纹扩展 较快，其它分支裂纹扩展较 慢。根据这一特征可以将应 力腐蚀与腐蚀疲劳、晶间腐 蚀以及其它方式的断裂区分 开来。
断口的微观形貌丁般为沿晶断裂，也能 够为穿晶解理断裂。其外表可见到“泥状花 样〞的腐蚀产物(图6-4a)及腐蚀坑(图6-4b)。
图6-5为某种钛合金的预制裂纹试样在恒载荷下， 于3.5%NaCl水溶液中进展应力腐蚀实验的结果。
试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的、 最大应力场强 度因子称为应 力腐蚀临界应 力场强度因子 (或称为应力腐 蚀门槛值)，以
表示。
KⅠscc
对于含有裂纹的机件，当作用于裂纹尖端的初
始应力场强度因 KⅠ初 ≤ KⅠsc时c ，原始裂纹在化学介
第Ⅱ阶段时间越长，资料抗应力腐蚀性能越好。
四、防止应力腐蚀的措施
应力腐蚀课件
应力腐蚀
应力腐蚀发生的条件
2)特定的腐蚀介质。对于某种合金，能发生应力腐蚀断 裂与其所处的特定的腐蚀介质有关。 • 而且介质中能引起SCC物质浓度一般都很低． • 如N2O4中含有痕量的O2就可使Ti合金贮罐发生破型， • 在核电站高温水介质中仅含质量分数为ppmCl-和O2时， 奥氏体不锈钢就可发生应力腐蚀开裂。 •
• 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。
应力腐蚀
3.6.2 应力腐蚀发生的条件和特征
试验法。评价合金应力腐蚀敏感性的参数可用应力腐
蚀敏感系数εf来表示：
εf ＝ Efh/Efk
(3-17)
• Efh—介质中塑性应变率； Efk—空气中塑性应变率。
• εf 值愈大，愈耐应力腐蚀。
•
应力腐蚀
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
• 孕育期的长短取决于合金的性能、腐蚀环境以及应 力大小。一般约占总断裂时间tf的90％左右。
应力腐蚀
应力腐蚀发生的条件
2)特定的腐蚀介质。对于某种合金，能发生应力腐蚀断 裂与其所处的特定的腐蚀介质有关。 • 而且介质中能引起SCC物质浓度一般都很低． • 如N2O4中含有痕量的O2就可使Ti合金贮罐发生破型， • 在核电站高温水介质中仅含质量分数为ppmCl-和O2时， 奥氏体不锈钢就可发生应力腐蚀开裂。 •
• 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。
应力腐蚀
3.6.2 应力腐蚀发生的条件和特征
试验法。评价合金应力腐蚀敏感性的参数可用应力腐
蚀敏感系数εf来表示：
εf ＝ Efh/Efk
(3-17)
• Efh—介质中塑性应变率； Efk—空气中塑性应变率。
• εf 值愈大，愈耐应力腐蚀。
•
应力腐蚀
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
• 孕育期的长短取决于合金的性能、腐蚀环境以及应 力大小。一般约占总断裂时间tf的90％左右。
应力腐蚀
二应力腐蚀开裂PPT课件
第2页/共37页
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1.2． 机理 • 由于环境氢脆和电化学应力腐蚀破裂的共同作用的结果． • 碳钢在碱性溶液中，由于铁处于低电位，因此要发生阳极溶解：
第3页/共37页
1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
• 但是，有人认为：”尽管金属在碱液中的阳极和阴极的电化学反应过程中均有 氢原子产生，然而碱脆和氢脆不能混为一谈，碱脆主要是碱起作用，氢的作用处 于次要地位．认为，碱的作用主要有两方面：一是碱和晶界处无保护的铁原子作 用生成氧化物，由于体积增大，产生固体腐蚀产物的楔入作用，使该处的应力增 高；二是碱溶解晶界杂质，削弱和松散了金属组织的联系．
第16页/共37页
典型事例
二. 应力腐蚀开裂
SCC- case-碳钢碱脆-催化余热锅炉换热器管板
第17页/共37页
二. 应力腐蚀开裂
腐蚀速率确定
• 见图12-4纯碱腐蚀曲线
第18页/共37页
选材与措施
二. 应力腐蚀开裂
• 炼油厂通常使用碱中和硫化氢，储罐和管线采用碳钢材料。由于发生碱腐蚀场合主 要在设备内温度高和浓缩处，因此，结构设计与对制造有特别要求，同时精心操作 可避免腐蚀。
1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
第6页/共37页
1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
• 低碳钢虽然已存在活化区，但在无应力时的热浓硝盐 中，沿晶
• 腐蚀不超过10-2mm即停止；只有施加应力或阳极极化， 才能导致
• 沿晶穿入几乎断开，前者破坏膜，后者阻止腐蚀产物的 沉淀
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1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• 1.2． 机理 • 由于环境氢脆和电化学应力腐蚀破裂的共同作用的结果． • 碳钢在碱性溶液中，由于铁处于低电位，因此要发生阳极溶解：
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1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
• 但是，有人认为：”尽管金属在碱液中的阳极和阴极的电化学反应过程中均有 氢原子产生，然而碱脆和氢脆不能混为一谈，碱脆主要是碱起作用，氢的作用处 于次要地位．认为，碱的作用主要有两方面：一是碱和晶界处无保护的铁原子作 用生成氧化物，由于体积增大，产生固体腐蚀产物的楔入作用，使该处的应力增 高；二是碱溶解晶界杂质，削弱和松散了金属组织的联系．
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典型事例
二. 应力腐蚀开裂
SCC- case-碳钢碱脆-催化余热锅炉换热器管板
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二. 应力腐蚀开裂
腐蚀速率确定
• 见图12-4纯碱腐蚀曲线
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选材与措施
二. 应力腐蚀开裂
• 炼油厂通常使用碱中和硫化氢，储罐和管线采用碳钢材料。由于发生碱腐蚀场合主 要在设备内温度高和浓缩处，因此，结构设计与对制造有特别要求，同时精心操作 可避免腐蚀。
1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
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1 碳钢SCC
二. 应力腐蚀开裂
• 1.2． 机理
• 低碳钢虽然已存在活化区，但在无应力时的热浓硝盐 中，沿晶
• 腐蚀不超过10-2mm即停止；只有施加应力或阳极极化， 才能导致
• 沿晶穿入几乎断开，前者破坏膜，后者阻止腐蚀产物的 沉淀
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1 碳钢SCC
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主要的形式有应力腐蚀开裂、腐 蚀疲劳、氢致开裂、 磨损腐蚀 等。今天这节课给大家介绍一下 应力腐蚀开裂的特征、机理以及 预防措施。
腐蚀介质
金属
F
F
我们首先来看一下应力腐蚀开裂 的定义：它指的是受一定拉伸应 力作用的金属材料在特定的介质 中，由于腐蚀介质和应力的协同 作用而发生的脆性断裂现象，简 称SCC。
沿晶断裂
点蚀坑
了解了SCC的条件和特点后，我们 来看一下SCC的机理，其中，阳极 溶解机理广为接受。模型是这样的， 合金在应力和腐蚀的联合作用下， 钝化膜的局部破裂处产生了微裂纹， 合金的整个表面为阴极区，裂纹的 侧面尤其是尖端为阳极区，形成了 大阴极小阳极的腐蚀电池，裂纹尖 端应力集中，发生变形至屈服，加 速阳极溶解，促使裂纹扩展至破裂。
上述分析说明，应力腐蚀开裂十 分危险，在了解了其原因和机理 后，我们来看一下相应的预防措 施。
这种现象尤其容易发生在热交换 器、冷却器、蒸汽发生器、送风 机等设备上，像锅炉璧、埋地管 道等，涉及所有重要的经济领域。
锅炉壁
埋地管道
由于是脆性断裂，所以往往会带 来灾难性的后果，如美国的“银 桥”由于长期在含有较高浓度的 硫化氢和二氧化硫的空气中服役 而突然断裂，造成46人丧生和 巨大的经济损失。
但，有的时候，应力腐蚀的特征很 难用纯粹的电化学理论解释，因此， 人们又提出了氢致开裂机理。模型 是这样的，随腐蚀的进行，裂纹的 根部或蚀坑的底部具有高酸度和低 电位，满足放氢条件，氢扩散到正 在扩展的裂纹边缘，并在该处形成 高度活化的氢化物或应变固溶体， 使该处合金脆化，更有利于裂纹扩 展导致破裂。
不存在腐蚀时，单纯的应力作用 也不会发生应力腐蚀
除了上述必要条件，SCC有一些 特点，也是十分值得注意的。首 先，它是一种滞后破坏。裂纹的 孕育期占整个时间的90％左右； 在经历扩展期后，达到临界尺寸， 由纯力学作用而失稳，瞬间断裂。
腐蚀介质
材料
一定时间
整个时间与材料、介质、应力有 关， 短则几分钟，长可达若干 年。 应力降低，断裂时间延长； 应力低于临界应力σth时，甚至 不发生SCC。
H2S SO2
银桥silver bridge
SCC的危害巨大，不容忽视，人们 通过多年的案例和实验研究，总结 出，诱发SCC需同时具备这三个条 件：
(1) 敏感的金属材料；
(2) 特定的腐蚀介质；
(3) 足够大的拉伸应。
首先来看一下特定材料。几乎所有 的金属在特定的介质中都有一定的 SCC敏感性；合金和含有杂质的金 属比纯金属更容易产生SCC。如纯 度99.99%的Cu在含氨介质中不会 发生腐蚀断裂，但含有0.04%的P和 0.01%的铅时则发生开裂。
拉伸力。发生SCC必须有一定拉 伸应力，它可能是工作应力，或 在生产、安装过程中，材料内部 形成的热应力、形变应力等残余 应力，以及裂纹内腐蚀产物的体 积效应造成的楔入作用、阴极反 应形成的氢产生的应力等。
如管道焊缝处往往存在内应力， 必须采取措施消除。
焊接应力检测
总之，对于特定的材料：不存在 应力时，单纯的腐蚀作用不会发 生应力腐蚀；
Cl-离子使钝化膜发生破坏，产生孔蚀
拉应力
腐蚀介质
钝化膜
钝化膜上阴极反应： 2H2O+2e→H2+2OH1/2H2O+2e→2OH-
H+ 在裂纹中，发生阳极反应 2Cr+3H2O→Cr2O3+6H++6e
在裂纹中，氢离子被还原 2H++2e→H2↑
氢扩散至裂纹尖端 形成氢化物或固溶体等脆性相 成为裂纹扩展敏感途径
这是SCC裂纹扩展速率与应力场 强度因子间的关系图，一般分为 三个区：第一区，裂纹扩展速率 较低，受强度因子控制，力学因 素起主要作用；
lg(da/dt) I
II
III
·
KISCC
KIC KI
第二区，速率稳定，与强度因子 无关，由材料与环境的交互作用 控制；第三区，裂纹接近临界尺 寸，迅速扩展断裂，此时力学因 素又起主要作用。
拉应力
金 属 基 体
钝腐 化蚀 膜介
质
拉应力
A区，裂纹两侧，腐蚀电流密度10-5A/cm2 阴极C 静态阳极A
（稳定阳极）
A*
屈服阳极A* （动力阳极）
腐蚀介质 A
A*区，裂纹尖端，腐蚀电流密度0.5A/cm2
阴极C
我画的很简陋，请进行美化，谢谢！
阴极保护可以防止和抑制应力腐 蚀破裂，是对此理论的证明，所 以其接受度较高。
应力腐蚀开裂（SCC）பைடு நூலகம்
大家好，前面我们学习了全面腐 蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、 晶间腐蚀和选择性腐蚀。这些都 是不考虑外力的情况下金属的腐 蚀形态。
全面腐蚀 缝隙腐蚀
贵金属 次贵金属 电偶腐蚀
孔蚀
晶间腐蚀
层状 塞状
选择性腐蚀
实际上，在各种环境中服役的金 属材料，除了受腐蚀介质的作用 外，同时还受到各种应力作用， 这样将导致更为严重的腐蚀破坏。
lg(da/dt) I
II
III
·
KISCC
KIC KI
另外，SCC属于低应力脆断，断 裂前没有明显的宏观塑性变形， 微观上为解理、准解理或沿晶断 裂，往往有二次裂纹和腐蚀坑。 这是一个解理断裂断口，可以看 到大量的解理台阶。
二次裂纹
解理断口
这是一个沿晶断裂的案例，利用 光学显微镜即可观察到裂纹的扩 展路径。有点蚀坑形成时，应力 的作用下，从点蚀坑底更容易诱 发SCC裂纹，这些都是典型的低 应力脆断。
其次，特定介质。金属只对某些特 定的介质敏感，并不是任何介质都 能引起SCC。严重的全面腐蚀环境 中难以发生SCC，而看似惰性的环 境中，只需很少量的特定介质就足 以产生SCC，比如高纯水中百万分 之几的氯离子就会造成奥氏体不锈 钢SCC。
这个表格总结了常用合金发生 SCC的特定介质，是需要我们 特别注意的。
安全区
其次，SCC裂纹也有一定的特点， 它们起源于表面；一般呈树枝状， 长宽尺寸相差几个数量级；扩展方 向一般垂直于主拉伸应力的方向； 有晶间型、穿晶型和混合型。晶间 型的有软钢、铝合金、铜合金等； 穿晶型的有奥氏体不锈钢、镁合金；
混合型的有钛合金等。
F F
混合型
SCC裂纹的扩展速率一般为106-10-3mm/min，比均匀腐蚀快 约百万倍，但又仅为纯机械断裂 速度的十亿分之一。在整个过程 中，扩展速率并不是一成不变的。