SCC应力腐蚀

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详解应力腐蚀

详解应力腐蚀

详解应力腐蚀机械设备零件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,导致设备和零件失效,这种现象称为应力腐蚀开裂(简称SCC)。

根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等,而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。

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;它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。

由应力腐蚀而引起的裂纹是在没有任何明显宏观变形更无任何征兆的情况下发生的,所以其破坏具有突发性。

裂纹往往又深入到金属内部,一旦发生也很难修复,有时只能整台设备报废。

碳钢及低合金钢在湿度较大的硫化氢环境中易发生硫化物应力腐蚀,对石油、石化工业装备的安全运行构成很大的威胁。

对低浓度硫化氢环境,可通过净化材质、大幅度降低S、P含量,改善材料组织结构等措施,对应力腐蚀起到有效抑制作用。

一、形成应力腐蚀裂纹的基本条件如下:(1) 金属材料是合金也包括微量元素的合金,纯金属一般不发生应力腐蚀裂纹;(2) 材质与腐蚀介质的匹配并非任何金属材料与任何介质都能产生应力腐蚀裂纹,它们有一定的匹配关系;(3) 必须存在拉应力,拉应力可以是工作应力和焊接残余应力。

焊接残余应力通常在焊缝及近缝区为拉应力,有时高达材料的屈服点。

所以即使焊接结构不承受载荷,只要材质与腐蚀介质符合匹配关系也会引起应力腐蚀裂纹。

二、应力腐蚀的发生条件和特征:(1) 必须是拉应力;(2) 构成一定材料发生应力腐蚀的环境介质是特定的;(3) 应力腐蚀破裂速度远大于其他局部腐蚀速度,但比纯力学(机械)断裂速度小得多;(4) 应力腐蚀断裂,常在无明显预兆的情况下突然发生,故其危害性极大;(5) 裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型3种;(6) 断口形貌,宏观上属于脆性断裂,其微观上可观察到断面上仍有塑性流变痕迹。

应力腐蚀开裂临界应力强度因子

应力腐蚀开裂临界应力强度因子

应力腐蚀开裂临界应力强度因子
应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)是一种金属在受到应力和特定介质(如水、气体、化学物质等)共同作用下发生的腐蚀和开裂现象。

而临界应力强度因子(Critical Stress Intensity Factor)是指在材料开始出现裂纹扩展的临界点上所受到的应力强度。

在研究应力腐蚀开裂时,需要考虑多种因素。

首先是材料的特性,包括化学成分、晶粒结构、热处理状态等。

其次是环境因素,如介质的PH值、温度、压力等。

还有作用在材料上的应力,可以是外部加载的应力,也可以是由材料自身的残余应力引起的。

这些因素共同作用下,会导致材料在特定条件下发生应力腐蚀开裂。

临界应力强度因子是评价材料抗应力腐蚀开裂能力的重要参数之一。

它反映了材料在特定环境中抵抗裂纹扩展的能力,是用来描述材料在应力腐蚀作用下抗裂纹扩展的能力的参数之一。

临界应力强度因子的大小与材料的性能密切相关,对于不同的材料和不同的环境条件,临界应力强度因子也会有所不同。

研究人员通常会通过实验和数值模拟的方法来确定材料在特定
条件下的临界应力强度因子。

这些数据对于工程实践具有重要意义,可以帮助工程师们选择合适的材料和设计合理的工程结构,以减少
或避免应力腐蚀开裂的发生。

总之,了解应力腐蚀开裂的临界应力强度因子对于材料科学和
工程实践都具有重要意义,它涉及材料的特性、环境因素和应力状
态等多个方面,需要综合考虑和研究。

应力腐蚀

应力腐蚀
●●环境因素
(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

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

5.6 焊接裂纹-应力腐蚀裂纹

5.6 焊接裂纹-应力腐蚀裂纹

三、产生应力腐蚀裂纹的机理
(一)应力腐蚀产生的条件 (1)材料与腐蚀介质的匹配 纯金属不会产生SCC,金属中必须含有不同电极电 纯金属不会产生SCC,金属中必须含有不同电极电 位的组织。 材料必须在匹配的腐蚀条件下:如低碳钢在NaOH, 材料必须在匹配的腐蚀条件下:如低碳钢在NaOH, 硝酸盐溶液,海水中容易腐蚀;奥氏体不锈钢在氯 化物水溶液、海水、海洋气氛等容易腐蚀。 腐蚀介质较弱,腐蚀膜不太稳定时,容易出现SCC。 腐蚀介质较弱,腐蚀膜不太稳定时,容易出现SCC。 (2)拉应力是产生SCC的先决条件,特别是应力约等 )拉应力是产生SCC的先决条件,特别是应力约等 于屈服应力时,更容易引发SCC。 于屈服应力时,更容易引发SCC。
四、应力腐蚀裂纹的影响因素及其防治
(一)组装 组装对产品质量的影响很大,强制组装会产生很大 的残余应力,另外,在组装过程中更应避免各种伤 痕,如拉筋、Ⅱ 痕,如拉筋、Ⅱ型铁、支柱、夹具等所留下的痕迹, 以及打弧时的烧痕,都应用砂轮磨去,否则就可能 是SCC的起源。 SCC的起源。 (二)焊接材料选择 尽管母材的抗SCC的能力很强,但选用的焊接材料 尽管母材的抗SCC的能力很强,但选用的焊接材料 不当,同样会使构件产生SCC。 不当,同样会使构件产生SCC。
(三)焊接工艺 制定合理的焊接工艺规程,如焊接线能量、焊接顺 序和坡口的形式及变形的控制等。前者是防止焊接 热影响区硬化和晶粒粗大,而后者是防止主生过大 的残余应力和应力集中等。 制定焊接工艺时,应满足两方面的不同要求,既防 止淬硬(过小的焊接线能量),也要防止晶粒严重 长大(线能量过大)。如采用多层焊接,对防止 SCC是有利的。 SCC是有利的。 对于奥氏体不锈钢,因无淬硬问题,主要是防止晶 粒长大(适于采用小的焊接线能量)。

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。

应力腐蚀试验操作规程

应力腐蚀试验操作规程

应力腐蚀试验操作规程应力腐蚀试验(Stress Corrosion Cracking,SCC)是一种评价材料在应力作用下腐蚀敏感性的方法。

它可用于评估材料的工程性能和耐久性,尤其是在温度和湿度环境中。

以下是应力腐蚀试验的操作规程。

一、试验前准备1.选择试验材料和试样,并制备好试样,确保其符合要求。

2.准备好试验设备,包括应力装载设备、试样架和腐蚀介质等。

3.清洁试样和试验设备,确保无表面污染。

二、试验设备调试1.检查试验设备的安全性和可靠性,确保其能正常工作。

2.测试应力装载设备的标定和准确性,确保能正确施加设定的应力。

三、试样安装1.安装试样于试验设备中,并进行必要的校准。

2.确保试样能受到均匀的应力加载,并避免应力局部集中。

四、试验参数设定1.根据试验需求,确定试验的温度、湿度和应力等级。

2.设定试验时间,根据试验材料和环境的特性来确定。

五、试验开始1.开始应力腐蚀试验,并定期记录试验条件和观察试样情况。

2.进行必要的中期检查和维护,确保试验过程的稳定性。

六、试验结束1.达到设定的试验时间后,停止试验,并关闭试验设备。

2.取出试样,并进行表面检查和观察。

七、结果分析1.根据试样的表面情况和试验参数,判断试样是否产生了应力腐蚀开裂。

2.对试验结果进行统计和分析,给出相应的评价和建议。

八、资料整理1.将试验数据整理成报告,包括试验参数、观察结果和分析结论等。

2.保存好试样和试验设备等相关资料,以备后续的研究和使用。

总结:应力腐蚀试验是一项重要的材料评价方法,其可用于评估材料在应力作用下的腐蚀敏感性。

通过执行以上的操作规程,能够确保试验的准确性和可靠性,为材料性能的评估和材料选择提供有力的支持。

scc腐蚀试验标准

scc腐蚀试验标准

SCC腐蚀试验标准1. 引言SCC(应力腐蚀开裂)是金属材料在应力作用下,由于与腐蚀介质发生特定的相互作用而产生的一种腐蚀破坏形式。

为了评估材料的抗SCC能力,进行SCC腐蚀试验是十分重要的。

本文将介绍SCC腐蚀试验的标准和操作规程。

2. 试验标准概述SCC腐蚀试验标准主要包括两个方面的内容:试验方法和试验要求。

试验方法指导试验操作的步骤和工艺,而试验要求则是规定试验样品及试验条件。

以下是一些常见的SCC腐蚀试验标准:•ASTM G36:腐蚀应力开裂试验方法标准;•ASTM G39:用环形应力-应变曲线进行腐蚀应力裂纹扩展试验;•NACE TM 0177:用缓变应力腐蚀环境进行SCC试验的标准实施规程;•NACE TM 0187:用快速缓慢应变应力腐蚀环境进行SCC试验的标准实施规程。

3. 试验方法3.1 准备试样根据试验要求,准备合适的试样。

试样可以是平板状,也可以是管状等不同形状。

确保试样表面光洁、无明显损伤,并清洗干净。

视不同试验需求,可以通过机械或化学方法进行清洗处理。

3.2 试验设备根据试验标准的要求,选择合适的试验设备。

设备主要包括:应力腐蚀试验装置、控制系统、电化学工作站等。

确保试验设备高度自动化,能够准确控制温度、应力、腐蚀介质等参数。

3.3 试验操作步骤1.将试样固定于试验装置上,并确保试样与电极等接触良好;2.设置试验温度、应力和腐蚀介质;3.开始实施试验,记录试验过程中的温度、应力和时间等信息;4.持续观察试样的表面变化和裂纹扩展情况;5.试验结束后,将试样从装置上取下,进行表面分析。

4. 试验要求试验要求主要包括试验样品、试验条件和试验结果分析等。

4.1 试验样品根据需要选择代表性的样品进行试验。

样品应符合试验标准中的要求,尺寸、材料和表面处理等应保持一致性,以保证试验结果的可靠性。

4.2 试验条件试验条件包括温度、应力和腐蚀介质等。

根据试验目的,确定适宜的试验条件。

试验过程中,应严格控制试验参数,记录各项参数变化,以便后续数据分析。

应力腐蚀破裂的特征

应力腐蚀破裂的特征

应力腐蚀破裂的特征应力腐蚀破裂 (Stress Corrosion Cracking, SCC) 是一种特殊的腐蚀破裂形式,常见于金属材料在受到应力和特定环境条件共同作用下发生的破裂现象。

应力腐蚀破裂不仅会导致金属部件的失效,还可能给工业生产过程带来不可预估的危害。

因此,研究和了解应力腐蚀破裂的特征对于材料工程师和相关从业者来说具有重要意义。

一、引言应力腐蚀破裂是金属材料的破坏过程中的一种特殊现象,其主要特征是在同等应力下,金属材料在特定的腐蚀环境中可能发生破裂。

应力腐蚀破裂是金属腐蚀破坏的一种最严重的形式之一,既发生在高强度材料上,也发生在低强度材料上。

由于其特殊性和严重性,长期以来,应力腐蚀破裂一直是材料科学和工程中的一个重要研究领域。

二、应力腐蚀破裂发生的原因应力腐蚀破裂的发生是由于金属材料受到应力作用和特定腐蚀性环境的共同作用所造成的。

通常情况下,金属材料处于特定环境中,受到应力会导致金属表面电化学反应的加速,从而加速腐蚀过程,进而导致破裂。

具体来说,应力腐蚀破裂发生的原因主要有以下几点:1. 特定环境的存在:与其他腐蚀形式不同,应力腐蚀破裂需要特定的环境条件才能发生。

这些环境通常涉及特定的腐蚀介质和气氛,如盐水、氨气等。

在这些环境中,金属材料的腐蚀速率会明显加快。

2. 定向裂纹敏感性:应力腐蚀破裂往往发生在金属材料中存在定向性裂纹的位置。

这些裂纹可以是由于外部应力、内部加工缺陷或材料的微观组织等原因而引起的。

3. 低应力下的破裂:与其它腐蚀形式不同,应力腐蚀破裂常常发生在相对较低的应力下。

这也是应力腐蚀破裂最具欺骗性的地方,因为即使是一些原本应力下不易发生破裂的材料,在特定腐蚀环境下也可能引发应力腐蚀破裂。

三、应力腐蚀破裂的特征应力腐蚀破裂的特征主要包括以下几个方面:1. 速度加快:应力腐蚀破裂引起的腐蚀速度通常比普通的腐蚀快得多。

这是因为应力的作用加速了金属表面的电化学反应,导致腐蚀过程迅速发展。

应力腐蚀撕裂SCC产生机理影响因素及防治措施

应力腐蚀撕裂SCC产生机理影响因素及防治措施

腐蚀开裂,一定的材料只在某一定的腐蚀环境中才产生应
力腐蚀裂纹。
材料
腐蚀介质
低碳钢 NaOH 水溶液(沸腾)、硝酸盐水溶液等
低合金钢
海水、H2S 水溶液、NH4Cl 水溶液等
奥氏体不锈钢 氯化物水溶液、海洋气氛、海水等
一般说来,介质的腐蚀性较弱,呈中性或弱酸性 PH 6-7,当表面膜不能稳定存在时,易产生应力腐蚀开裂。 介质的腐蚀性强,易产生全面的均匀性腐蚀,反而不易产
一、应力腐蚀裂纹特征 1、形貌: 外观:无明显的均匀腐蚀痕迹,呈龟裂形式断断续续。 从横断面来看:犹如枯干的树木的根须,由表面向纵深方 向往里发展,裂口深宽比大,细长而带有分支是其典型的 特点。 从断口来看:仍保持金属光泽为典型脆性断口 2、材质与介质的匹配
纯金属不产生应力腐蚀裂纹,凡是合金即使含有微量 元素的合金,在特定的腐蚀环境中都有一定的应力腐蚀开 裂倾向。但并不是说,任何合金在任何介质中都产生应力
介质处理、加缓蚀剂等
电化防蚀、阴极化或阳极化、表面技术处理
2、 定时检查及分析
定期检查、及时补修
2、 合理制定装焊工艺 1)、成形及装配工艺 引起应力腐蚀裂纹的重要原因之一就是残余应力,从 部件成形加工列组装都可引起残余应,特别是强制组 装,例如用千斤组装大错口,可以形成很大的残余应 力,在组装质量不良的条件下(错口)焊接时,会造 成较大的残余应力。组装时所造成伤痕如随意打弧的 灼痕等都会成应力腐蚀裂源。 2)、焊接工艺 基本点,不产生硬化组织,不发生晶粒严重粗化现象, 接头硬度↑ 粗晶区的应力腐蚀裂纹的扩展敏感性最大,主要是由 于晶粒粗大,以致裂纹尖端集中的位错数量增大,并 可形成大的滑移阶梯,从而利于应力腐蚀裂纹的形成 和扩展。 3、 消除应力处理 焊后消除应力处理是防止产生应力腐蚀裂纹的重要环 节。

scc机理

scc机理

SCC(Stress Corrosion Cracking,应力腐蚀开裂)是一种材料在受到拉应力和腐蚀介质共同作用时,出现的一种复杂、缓慢的断裂现象。

SCC机理包括以下几个方面:
1. 电化学快速溶解理论:认为在腐蚀介质中,金属表面上形成具有保护能力的表面膜。

由于金属组织结构上存在缺陷,钝化膜总会存在薄弱点,这些薄弱点在应力作用下引起破坏或减弱,暴露出新鲜表面。

新鲜表面在电解质溶液中成为阳极,与完整表面膜形成腐蚀电池,导致阳极区溶解。

2. 滑移-溶解-断裂机理(膜破裂理论):认为在腐蚀过程中,应力作用下金属发生塑性变形,钝化膜破裂,暴露出新鲜的金属表面,从而形成阳极,发生溶解。

随着溶解的进行,应力得到释放,金属表面重新生成钝化膜。

如果应力大于膜的生成速度,就会发生SCC。

3. 氢脆理论:认为在腐蚀过程中,金属表面生成氢原子,氢原子在金属内部扩散和聚集,形成氢脆。

氢脆导致金属的塑性降低,易于断裂。

4. 应力吸附理论:认为应力作用下,金属表面产生应力吸附现象,吸附腐蚀介质中的原子或分子,从而改变金属表面的化学成分和结构,形成活性点,引发SCC。

总之,SCC的机理涉及电化学、材料学、力学等多方面的因素,目前尚无统一的观点。

了解SCC 机理有助于我们更好地预防和控制应力腐蚀开裂现象,提高材料的使用寿命和安全性。

应力腐蚀开裂(SCC)课件

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。

应力腐蚀

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。

应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂

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裂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。

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。

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。

1)点腐蚀:是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。

2)晶间腐蚀:晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利区城。

因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。

这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀,大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。

3)缝隙腐蚀:是局部腐蚀的一种形式,它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。

这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。

4)全面腐蚀:是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。

当发生全面腐蚀时,村料由于腐蚀而逐渐变薄,甚至材料腐蚀失效。

不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。

全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心,因为,这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。

碳钢和低合金钢的碳酸盐应力腐蚀

碳钢和低合金钢的碳酸盐应力腐蚀

碳钢和低合金钢的碳酸盐应力腐蚀碳酸盐腐蚀开裂是金属在含碳酸盐介质系统中,拉应力与腐蚀共同作用的结果,属于一种碱SCC ( ASCC )。

碳酸盐溶液一直被认为是碳钢和低合金钢产生SCC的敏感环境。

炼油厂催化裂化装置主分馏塔塔顶冷凝回流系统、下游湿气压缩系统和从这些工段流出的酸水系统中普遍存在碳酸盐腐蚀开裂,也在制氢装置的碳酸钾、下汽化器和CO2去除设施的设备管线发生。

煤的裂解,出现含有微量或少量H2S和CN-可引起碳酸盐的SCC;储存和输运高中压的CO2 的压力容器或设备也发现有SCC,地热水中含有高浓度的碳酸盐,利用地热水的压力容器也会出现由碳酸盐引起的SCC问题。

碳酸盐碳酸盐溶液引起的SCC与碱脆、硝脆一样,经研究表明,低碳钢在热浓碳酸盐溶液中的SCC都是沿晶的阳极溶解型。

金属材料所承受的拉应力有助于破坏金属表面保护膜,使裂纹尖端处于活化区,造成裂纹的扩展,最终形成SCC。

研究表明,裂纹发生在一个狭窄的电位范围内,此电位依赖于介质的成分。

如上图所示,在恒应变速率条件下C质量分数0.08% 钢在70℃、1mol·L-1( NH4)2CO3溶液中恒应变速率下断面收缩率-电位的关系,图中断面收缩率的“谷区”即出现SCC敏感的区域,其电位区为-475~-625mV ( vs.SCE ),最低的断面收缩率对应的电位为-550mV(vs.SCE ),这个SCC敏感的电位区正是下图中动电位的阳极极化曲线上不稳定钝化的电位区,即活化-钝化转变的电位区,这与碱脆和硝脆情况相似。

在( NH4)2CO3的水溶液中有如下的平衡反应:所生成的氨基甲酸铵是液氨SCC试验的加速剂,系统中水愈多,则所生成的酸性盐愈多,这两种关系使碳酸盐中的SCC与液氨的SCC有关,而与硝脆更相似。

有研究发现,碳钢开裂及类型的电位范围与溶液的pH值有一一对应关系,而pH值又取决于溶液中Na2CO3、NaHCO3以及CO2的量,即表明在一定的碳酸盐溶液中,只有系统处于它的SCC敏感电位区间内才会发生SCC。

应力腐蚀课件

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

针对铝焊接中的应力腐蚀开裂(SCC),如何选择焊丝

针对铝焊接中的应力腐蚀开裂(SCC),如何选择焊丝

针对铝焊接中的应力腐蚀开裂(SCC),如何选择焊丝金属在应力和化学介质协同作用下引起开裂或断裂现象,叫做金属应力腐蚀开裂(SCC) 。

这一现象,主要发生在当错误的填充金属或基材与不合适的环境条件相结合时。

众所周知,任何含有超过3% Mg 的铝合金都会发生SCC。

这包括大多数 5XXX 合金,例如 5083 和 5086,它们是板材和板材合金。

但是,几乎所有常见的Al 5XXX 填充合金,例如5356、5183 和5556,也都含有超过3% 的Mg。

无论使用哪种铝合金进行焊接,在某些条件下,它们中的任何一个都可能对 SCC 敏感。

关于SCC 的四个因素1. 合金包含至少 3% 的镁。

2. 存在应力(焊缝周围的残余应力几乎都可以满足此要求)。

3. 必须存在电解质,例如盐水。

4. 在某些时候,焊缝必须暴露在65摄氏度以上的工作温度下很长一段时间(数百小时)。

以上这四种情况不需要同时发生。

一旦焊缝暴露在高工作温度下,就会形成敏感的微观结构。

即使使温度降低,因素2和3的存在也足以引起SCC。

SCC 是什么样的?它通常是焊缝中心的锯齿状裂纹,它可以是短的或长的,具体取决于应力水平。

避免 SCC1.如果使用温度高于 65摄氏度,可以尽量避免使用具有较高镁含量的填充金属。

2.如果必须在更高的工作温度下使用5XXX 填料,可以选择特种填料金属,例如 5554,其镁含量低于 3% 且不受 SCC 影响。

但是,它不如5356 等高镁填料的强度高。

针对这一情况,我们可以根据实际情况做出取舍。

3.一般来说,如果要焊接 6XXX 合金(如 6061)以用于更高温度的使用,4043 通常是最佳选择。

应力腐蚀断裂的基础研究和它的基本机械原理

应力腐蚀断裂的基础研究和它的基本机械原理

应力腐蚀断裂的基础研究和它的基本机械原理前言通常来说,应力腐蚀断裂(SCC)一直是材料科学中的一个关键性问题,同样也可能是许多重大灾难背后的直接原因,比如石油管道破裂,化工厂爆炸,桥梁断裂或者功能材料的失效等。

SCC主要是由腐蚀环境和应力载荷引起的。

SCC 对工业和经济有着超乎想象的影响。

所以,了解和控制杂质对应力腐蚀的影响是非常重要的。

毫无疑问,这将对化工,机械,土木,核能和航空航天工程等领域有着非同寻常的影响。

由于Fe和Fe基合金是使用最广泛的金属材料,所以Fe的应力腐蚀问题急需研究以减少失效的发生。

然而,SCC相当的复杂,因为它包括化学和机械过程。

虽然应力对杂质原子的扩散和溶解没有多少影响,但它对裂纹的萌生和长大却起了非常大的作用。

通常认为,裂纹在表面有缺陷的地方产生,但电子能谱技术研究显示,SCC通常与杂质原子在晶界的偏析有相当大的联系。

晶界是原子迁移的理想通道,此外与完美晶界相比,它们边界协调度低,容易受机械损伤,比较脆。

杂质元素的存在可能会改变晶界的能量和原来的晶体结构,包括原子间距离的实质性变化。

即使裂纹已经在晶界内产生,它也不会从外表很明显的发现,所以SCC潜伏时是不会产生一些特征,很难防范。

由于其复杂性,对这种现象进行实验研究,面临着许多困难,需要很大的努力。

McLean, Ishida, Hondros and Seah是研究表面能量和晶界偏析的先驱者。

接着,又有很多研究小组分别研究了动力学,化学,杂质偏析对金属接口和晶界的影响。

后来,Heuer和他的小组利用俄歇电子能谱和速度缓慢拉伸试验对Ni - S 系统之间的隔离诱导晶断裂和融化的关系做了一些研究。

最近,Kirchheim有证据发现了晶界能量的减少与杂质的掺杂有关系。

然而,计算材料学的飞速进步,给晶界研究带来了新的方法。

有一些方法可以被应用到解释杂质原子对材料晶界的影响。

例如,对这个问题的早期计算研究中,Hashimoto等人研究了Fe-B和Fe-P的晶界偏析。

应力腐蚀致脆的名词解释

应力腐蚀致脆的名词解释

应力腐蚀致脆的名词解释应力腐蚀致脆(Stress Corrosion Cracking,SCC)是一种常见的材料失效方式,它是金属或合金在同时受到应力和腐蚀介质作用下出现的脆性断裂现象。

这种形式的腐蚀破坏常常发生在高强度金属和合金上,尤其是在气体、液体或溶液中的高温环境下。

本文将对应力腐蚀致脆的概念、机制以及防治方法进行解释和探讨。

应力腐蚀致脆是由于金属或合金在存在外部应力的情况下,受到腐蚀介质的化学作用引起的。

腐蚀介质可以是气体、液体或溶液,其特点是具有一定的电导率和一定的化学活性。

应力载荷可以是静态载荷,如拉伸、压缩等,也可以是动态载荷,如振动、冲击等。

应力腐蚀致脆的机制非常复杂,通常包括三个关键要素:金属或合金的组织结构、外部应力和腐蚀介质。

首先,金属或合金的晶粒结构和晶界结构对应力腐蚀具有很大的影响。

晶界是金属晶粒之间的边界,往往是应力腐蚀的起始点。

其次,外部应力会对金属或合金的晶粒和晶界产生应力集中效应,从而导致晶界的腐蚀敏感性增加。

最后,腐蚀介质可以促进晶界处的金属离子迁移,从而加速腐蚀反应,并诱导裂纹的形成和扩展。

在实际应用中,应力腐蚀致脆往往给工程设计、生产和运行带来严重的安全隐患。

例如,在核电站中,应力腐蚀致脆可能导致重要结构元件的失效,威胁到核安全;在航空航天领域,它可能导致飞行器的部件断裂,危及乘客的生命安全。

因此,对于应力腐蚀致脆的预防和控制具有重要的理论和实践价值。

为了防止应力腐蚀致脆的发生,可以采取多种方法。

首先是合金的选材。

选择具有良好抗腐蚀和抗应力腐蚀性能的合金是有效预防应力腐蚀致脆的基础。

其次是改善材料的热处理和加工工艺,以提高合金的组织和性能。

合理的热处理过程和加工方法有助于减轻应力集中和晶界腐蚀敏感性。

此外,采用外加保护层、阴极保护和涂层等技术手段也可以降低合金的腐蚀速率和应力腐蚀敏感性。

此外,在工程实践中,还应注意合金的应力控制和腐蚀环境的控制。

对于高应力集中的部位,可以通过合理设计和合适的安装方法来减轻应力集中现象。

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腐蚀介质
碳钢
NaOH溶液,含有硝酸根,碳酸跟,硫化氢水溶液,海 水,海洋大气和工业大气,硫酸—硝酸混合液,三氯 化铁溶液,湿的CO—CO2,空气
高温碱液,高温高压含氧纯水,氯化物水溶液,海水,浓缩 锅炉水,水蒸气(260º C),湿润空气(湿度90%),硫化氢 水溶液,二氯乙烯等
不锈钢
铝合金
NaCl水溶液,海水,水蒸气,含二氧化硫的大气,含 Br¯ ,I¯ 水溶液,汞
PART THREE
应力腐蚀机理
应力腐蚀机理
①应力腐蚀按其机理可分为阴极氢致开裂型和阳极溶解 型两类。在很多体系中由于闭塞电池作用,裂尖溶液局 部酸化,阴极析氢反应的氢进入材料引起氢致开裂.
②高强钢在水介质中的应力腐蚀,或低强钢在H2S溶液中 的应力腐蚀本质上就是一种氢致开裂;
PART FORE
PART FIVE
碳钢的应力腐蚀
碳钢的苛性碱破坏
随碳含量增加,应力腐蚀敏感性增大,进一步增加碳含量, 由于碳化物在晶界形成稳定组织,教感性降低。碳含量大 于0.2% 可明显延长破裂寿命。
碳钢在大气环境中的应力腐蚀
随着腐蚀行为的发展,不同的大气污染物在碳钢抗拉强度 的周期性衰减中占据不同的比重。其中含氯离子高的环境 >含SO2高的环境>高温高湿环境。 钢的脆性断裂是由于钢材中吸收了H原子,H原子扩散以及 在高应力部位的聚集引起的,在存在 H2S 且腐蚀产物膜被 破坏的情况下发生脆断的可能性会大幅提高。
16)杜东海,陆辉,陈凯,张乐福,石秀强,徐雪莲.冷变形316不锈钢在高温水中的应 力腐蚀开裂行为[J].原子能科学技术,2015,49(11):1977-1983. 17) 奚明华 ,张静江 .316不锈钢应力腐蚀断裂扫描电镜研究 [J]. 理化检验 ( 物理分 册),1999,(04):155-157. 18)李远.316L不锈钢在氯化钠溶液中的应力腐蚀研究[D].哈尔滨工程大学,2011. 19)鲍其鼐.氯离子与冷却水系统中不锈钢的腐蚀[J].工业水处理,2007,(09):1-6. 20)苟国庆,黄楠,陈辉,孟立春,吴沛沛.高速列车A7N01S-T5铝合金应力腐蚀行为 研究[J].材料科学与工艺,2012,20(04):134-139. 21)江超,陈辉,王晓敏,马纪军,李恒奎.高速列车车体铝合金抗应力腐蚀性能[J].西 南交通大学学报,2013,48(03):500-506. 22)刘万雷,常新龙,张有宏,赖建伟.铝合金应力腐蚀机理及研究方法[J].腐蚀科学 与防护技术,2013,25(01):71-73. 23) 王 雁 涛 , 杨 钿 . 铝 合 金 结 构 件 应 力 腐 蚀 裂 纹 机 理 分 析 [J]. 装 备 环 境 工 程,2013,10(01)水中应力腐蚀破裂的影响
固溶态和敏化态316不锈钢的SCC敏感性以及破裂类型与外 加电位密切相关;在较低电位下,二者均产生穿晶型SCC;在 较高电位下,固溶316钢仍为穿晶型SCC,但敏化316钢出现 沿晶型SCC。 固溶态和敏化态316不锈钢的SCC敏感性与氧化膜的厚度和 成分(包括 Ni的富集程度)密切相关。 氢气除氧能缓解冷变形材料的应力腐蚀,溶解氧和氯离子 能加快材料的裂纹扩展速率。
参考文献
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应力腐蚀
全面腐蚀 8.5% 氢脆 3.0% 应力腐蚀 45.6%
高温氧化 4.9%
腐蚀
小孔腐蚀 21.6%
晶间腐蚀 4.9%
腐蚀疲劳 8.56%
PART TWO
应力腐蚀特征
应力腐蚀特征
3 2 1
特定组织环境(特定环境)
引起应力腐蚀开裂的拉应力(拉应力)
材料本身对SCC的敏感性(敏感材料)
合金
不锈钢应力腐蚀断裂扫描
对于奥氏体不锈钢在氯化物介质中产生的应力腐蚀倾向较大。
奥氏体基体在氯离子的腐蚀作用下,可出现具有一定形状的腐 蚀坑,而这些腐蚀坑与晶体的晶面及晶体的取向有密切关系。 不锈钢在氯离子环境下, 由于氯离子强烈地穿透钝化膜,使金 属基体形成正离子,加上水和氧的作用,生成的腐蚀产物较为 复杂,主要有金属的氯化物及氧化物和氢氧化物等。
应力腐蚀(SCC) 文献综述
小组成员:蒋耀 李建林 黄俊 王淋 宋世杰 2017-11-23
CONTENTS
应力腐蚀 应力腐蚀特征 应力腐蚀机理 不锈钢的应力腐蚀 碳钢的应力腐蚀 铝合金的应力腐蚀
PART ONE
应力腐蚀
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。 应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一,在 腐蚀过程中,若有微裂纹形成,其扩展速度比其它类型的局部 腐蚀速度要快几个数量级,SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥 梁坍塌,飞机失事,油罐爆炸,管道泄漏都造成了巨大的生命 和财产损失。此外,如核电站,船只,锅炉,石油化工也都发 生过应力腐蚀断裂的事故。
总结
(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)。 (2)应力腐蚀造成的破坏,是脆性断裂,没有明显的塑性变形。 (3) 只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐 蚀。例如 α 黄铜只有在氨溶液中才会腐蚀破坏,而 β 黄铜在水中就 能破裂。 (4) 应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处,而裂纹的传播途径常垂 直于拉力轴。 (5) 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂,也可以是晶间断裂。如 果是穿晶断裂,其断口是解理或准解理的,其裂纹有似人字形或羽 毛状的标记。
PART SIX
铝合金的应力腐蚀
铝合金的应力腐蚀
关于铝合金应力腐蚀机理主要3种理论:阳极溶解、钝化膜破 裂和氢致开裂。Burleigh 指出,对7系铝合金应力腐蚀,适 用性按以下顺序递减:氢致开裂﹥钝化膜破裂﹥阳极溶解。在 很多7系铝合金失效分析结果中认为是氢引起开裂的应力腐蚀。
化学工业中的应力腐蚀,是由原材料中所含的杂质或在各工 序中经过分解、合成等过程生成的腐蚀性成分造成的。
氯离子能显著降低304不锈钢在饱和H2S溶液中的腐蚀电位 和点蚀电位,增加304不锈钢的点蚀倾向。
304不锈钢在饱和H2S溶液中不具有应力腐蚀开裂敏感性, 而在 NACE 溶液中则具有明显的应力腐蚀敏感性。 不锈钢中的晶界、位错、孪晶和夹杂物( 如氧化物、氮化 物和硅酸盐等) 能捕获氢,并使其在高应力处集中,降低 材料的强度和韧性,造成不锈钢材料发生应力腐蚀开裂。
9)许万剑,杨春丽,赵宏柱,陶新秀,丁非,陈安源.304不锈钢焊管应力腐蚀开裂原因[J]. 腐蚀与防护,2014,35(05):511-513. 10)马李洋,丁毅,陆晓峰,马立群.304不锈钢在连多硫酸中的应力腐蚀研究[J].压力容 器,2007,(01):1-3. 11)吴恒,肖贵学,李超,张波.不同温度淡化海水中304不锈钢的耐蚀性[J].材料保 护,2015,48(06):45-47.54.8-9. 12)曲秀华.304不锈钢在含氯离子循环冷却水中腐蚀敏感性的影响[D].北京化工大 学,2008. 13)杜东海,陈凯,张乐福,石秀强,尹开锯.注锌对316不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的 影响[J].核动力工程,2017,38(02):78-83. 14)陈赤龙,杨武.γ射线辐照对316不锈钢在高温水中应力腐蚀破裂的影响[J].腐蚀科 学与防护技术,1997,(01):3-8. 15)杨武,张云柯,赵国珍,杨鸿根,陈赤龙,J.Congleton.316不锈钢在300℃高温水中的应 力腐蚀破裂[J].腐蚀科学与防护技术,1993,(02):94-100.
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