应力作用下的局部腐蚀(2)(行业特制)
55应力讲义作用下的局部腐蚀
应力作用：（2）加速Cl-和OH-的吸附溶解
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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。
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（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。
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（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。
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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。
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（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。
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腐蚀
1.材料腐蚀的定义是什么? 按腐蚀机理是如何分类的？按腐蚀形态又分为几大类？金属腐蚀的危害有哪些方面？材料腐蚀是指物体在环境作用下，引起的破坏和变质。
按腐蚀机理分为：(1)化学腐蚀、(2)电化学腐蚀、(3)物理腐蚀、(4)生物腐蚀。
按腐蚀形态分为：(1)全面腐蚀或均匀腐蚀、(2)局部腐蚀、(3)应力作用下的腐蚀三类金属腐蚀的危害包括：（1）巨大的经济损失，（2）安全、环境的危害，(3)阻碍新技术的发展，（4）促进自然资源的消耗。
2.材料防护技术包括哪些基本方面？包括：1)提高金属材料本身的抗蚀性：耐蚀合金。
2)改变环境：温度和流速、除氧、消除应力、缓蚀剂3)电化学保护阴极保护阳极保护4)涂镀层.衬里隔离5)改进设计第1章金属的高温腐蚀与防护习题1.我们学过的金属氧化机理有几种？简单介绍Wanger理论机理。
(1)极薄氧化膜(厚度为几纳米)的生长机理；(2)薄氧化膜(厚度为10~200nm)的生长机理；(3)Wanger理论(电化学腐蚀机理)(3)Wanger理论(电化学腐蚀机理)：适合于具有一定厚度的氧化膜的生长。
可视一定厚度的氧化膜为固体电解质，金属/氧化物和氧化物/氧气两个界面分别为阳极和阴极。
因为氧化物为半导体，具有电子和离子导电性。
在电场和浓度梯度作用下，电子由金属/氧化物界面(阳极)通过氧化膜到达氧化膜/氧(阴极)。
因此，厚膜下高温氧化与水溶液腐蚀类似，也是电化学腐蚀过程。
Wagner理论是基于氧化膜中存在着浓度梯度和电势梯度而进行扩散和电迁移而导出的。
因此，它对于薄的和极薄的氧化膜的生长并不适用。
掺杂对合金氧化有什么作用？掺杂----可降低离子或电子的迁移----提高金属的抗氧化性能。
1）.形成离子导体氧化膜时掺杂高价金属，可降低氧化速度，如Ag中掺杂少量Cd形成Ag-Cd合金。
2）.形成金属过剩氧化膜时掺杂高价金属，可降低氧化速度，如Zn中掺杂少量Al形成Zn-Al合金。
3）.形成金属不足氧化膜时掺杂低价金属，可降低氧化速度，如Zn中掺杂少量Al形成Zn-Al合金。
钢结构腐蚀类型及防护方法
钢结构腐蚀类型及防护方法钢结构建筑具有施工便捷、抗震性能好、可回收等优点，但钢结构易锈蚀，了解防腐类型及防护是非常有必要的。
以下是小编为你整理推荐钢结构腐蚀类型及防护方法，希望你喜欢。
钢结构的腐蚀类型钢结构腐蚀类型有大气腐蚀，局部腐蚀和应力腐蚀。
(1)大气腐蚀钢结构受大气腐蚀主要是由空气中的水和氧等的化学和电化学作用引起的。
大气中的水汽在金属表面形成电解液层，空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。
钢构件表面受大气腐蚀形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。
(2)局部腐蚀局部腐蚀在钢结构建筑中最常见，主要是电偶腐蚀、缝隙腐蚀。
电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较快，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。
缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度可让液体在缝内停滞时发生，钢结构缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025～O.1mm。
(3)应力腐蚀在某一特定的介质中，钢结构不受应力作用时腐蚀甚微，但受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。
由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等。
根据钢结构腐蚀机理，其腐蚀是一种不均匀的破坏，腐蚀的发展很快，钢结构表面一旦发生腐蚀，腐蚀的蚀坑会由坑底向纵深迅速发展，使钢结构产生应力集中，而应力集中又会加快钢材的腐蚀，这是一种恶性循环。
腐蚀使钢材的抗冷脆性能下降、疲劳强度降低，导致承重构件在无明显的变形征兆下突然发生脆性断裂，造成建筑物倒塌。
钢结构腐蚀防护方法1、使用耐候钢介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性;耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。
同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。
应力作用下的腐蚀培训PPT课件
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四、氢损伤机理 氢压理论：内压增加 吸附氢降低表面能理论 位错理论：只能发生在一定的温度和应变速率范围内
位错对Cottrell气团起“钉扎”作用
五、氢损伤控制措施 1、降低内氢措施 加入Cr、Al、Ni、Mo形成致密的保护膜，阻止氢向钢内扩散 加入低过电位金属Pt、Pd、Cu 加入Ti、B、V、Nb等碳化物稳定因素，减少CH4生成。
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2
奥氏体不锈钢SCC分类：
• 热浓氯化物开裂：42%MgCl2溶液 • 热浓碱溶液开裂
• 高温水开裂
• 硫化物开裂：连多硫酸引起的，采用碱洗防止。
3、材料和环境的交互作用反映在电位上。活化-阴 极保护过渡区、活化-钝化电位过渡区、钝化-过 钝化电位区
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3
4、只有拉应力能引起应力腐蚀破裂，拉应力越大，断裂时 间越短。破裂方向与拉应力垂直。
42-45%
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3、合金成分
1）Ni:奥氏体不锈钢，提高镍含量，可以使临界破裂电位移至腐蚀电位以上。 含镍8%不锈钢，对SCC最敏感 C： 18-8不锈钢含碳0.2%以上，合金具有免疫力 Cr: 含镍10%不锈钢，wCr5-12%之内，不产生，15% <Cr<25%，加速 Mo: <2.5%在高浓度氯化物中，对应力腐蚀破裂性能有害 Si: 硅显著提高不锈钢的耐应力腐蚀破裂性能 N、P、S、Mn对应力腐蚀破裂不利 2）钛合金：降低含氧量和Al、Sn，加入Nb、Ta、V有利于提高抗SCC性能， 3）铝合金：加入少量Cr、Mn、Zr、Ti、V、Ni、Li减低SCC敏感性。 4）黄铜：加入Fe、Sn、Mn、Si、Al、Cd、Pd促进。
5-4 局部腐蚀-2
•缝隙尺寸 缝隙尺寸
造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝， 造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝，一般认
0.1毫米范围。 为其尺寸在0.025 ∼ 0.1毫米范围。宽
度太小则溶液不能进入，不会造成缝内 度太小则溶液不能进入， 腐蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困 腐蚀； 难，缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。 缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。
●●
腐蚀因素
（1）SCC对环境有选择性 SCC对环境有 （2）氧化剂的存在有决定性作用 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 温度有着重要的影响。一般来说， 有着重要的影响 度升高，材料发生SCC的倾向增大。 SCC的倾向增大 度升高，材料发生SCC的倾向增大。 干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更 使有害离子浓缩 （4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更 容易发生。 容易发生。
同孔蚀） 评定方法 （同孔蚀）
氧 浓 度 升 毫 克 6 8
缝隙宽度: 缝隙宽度: 1
2 3
3.5mm 2.7mm 2.0mm
铝合金
4
1 2
2 3 0
12
24
36
48
2
4
6 度
8
时间(小时 时间 小时) 小时
缝隙
度
缝隙
度
主体溶液Cl-浓度(ppm) 主体溶液Cl-浓度(ppm) Cl
104
100~200 1000 10000
(4) 裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态 裂缝方向宏观上和拉引力垂直， 宏观上和拉引力垂直 有晶间型，穿晶型，混合型。 有晶间型，穿晶型，混合型。 的破断时间tf (5) SCC有孕育期，因此 有孕育期，因此SCC的破断时间 的破断时间 可分为孕育期，发展期和快断期三部分。 可分为孕育期，发展期和快断期三部分。 (6)发生 (6)发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或 发生 的合金表面往往存在钝化膜或 其他保护膜， 其他保护膜，在大多数情况下合金发生 SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失 时均匀腐蚀速度很小，因此金属失 时均匀腐蚀速度很小 重甚微。 重甚微。
变形金属材料中的局部腐蚀与应力腐蚀分析
变形金属材料中的局部腐蚀与应力腐蚀分析变形金属材料是当代工业中使用最为广泛的材料之一。
其材质优良，成本相对较低，因此被广泛应用于各种行业中。
然而，变形金属材料也存在着一些缺点。
例如，局部腐蚀和应力腐蚀等问题，这些问题会影响材料的使用寿命，甚至会导致安全事故。
因此，对于变形金属材料中的局部腐蚀和应力腐蚀问题，我们必须进行分析和研究。
一、局部腐蚀分析1.1 概述局部腐蚀指的是材料表面某个区域受到腐蚀的现象。
在变形金属材料中，局部腐蚀主要发生在金属表面的凸起部分上。
由于凸起部分比表面更容易被水氧化，因此局部腐蚀主要发生在凸起部分周围。
1.2 原因局部腐蚀的发生原因很多，如材料的成分、环境的氧化状态、水和氯离子的存在等。
这些原因会导致金属在局部区域的保护膜破裂，形成微小的凸起。
这些凸起会促进电化学反应，使得金属离子被释放，从而引起腐蚀。
1.3 影响因素局部腐蚀的发生不仅与金属本身的性质有关，也与环境中的离子、氧化剂和温度等因素有关。
局部腐蚀的发生并不是一种孤立的现象，而是与其他腐蚀形式有很大的关系。
二、应力腐蚀分析2.1 概述应力腐蚀指的是材料在受到应力作用时，同时受到腐蚀作用，从而导致材料的裂纹和损坏。
应力腐蚀在现代工业中非常常见，是一个严重影响金属结构安全的问题。
2.2 原因应力腐蚀的形成原因很多，可以分为单一原因和复合原因。
单一原因包括材料内部应力的产生、腐蚀剂的存在、强度与韧性的不对称等。
复合原因包括材料本身的特殊构造、添加不同材料等。
2.3 影响因素应力腐蚀的影响因素非常多，包括应力状态、腐蚀剂、温度、金属结构等。
这些因素会互相影响，导致应力腐蚀的产生。
三、解决方案针对变形金属材料中局部腐蚀和应力腐蚀问题，解决方案主要包括使用防腐材料、加强材料表面保护层、减少应力集中区域、优化使用环境等。
3.1 防腐材料防腐材料是一种可以有效抵抗腐蚀的材料，可以用来替代原材料，从而防止材料发生腐蚀问题。
目前市场上有很多种防腐材料，最常见的是热浸镀锌钢板、氟塑料、不锈钢等。
材料腐蚀与防护第七讲应力作用下的腐蚀
KIC力学失稳，快速断裂。
4. 低应力的脆性断裂
断裂前没有明显的宏观塑性变形 － 脆性断口－解理、准解理或沿晶 － 腐蚀
➢ 断口表面颜色暗淡，腐蚀坑和二次裂纹 ➢穿晶型断口：河流花样、扇形花样、
羽毛状花样 ➢晶间型断口：冰糖块状
在应力作用下，位错沿 着滑移面运动至金属表面 － 表面产生滑移台阶 － 表面膜产生局部破裂
并暴露活泼的新鲜金属；
有膜和无膜的金属及缺陷 处形成钝化-活化微电池 －无膜的局部区域电化学溶解 －表面膜为腐蚀提供了阴极
－阳极溶解集中在局部区域， 形成蚀坑
－伴随着阳极溶解产生阳极极化， 使阳极周围钝化， 在蚀坑即裂纹尖端 周边重新生成钝化膜
阻止氢或有害物质的吸附等， 影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用， 改变环境的敏感性质
5.电化学保护 • 应力腐蚀开裂发生在
活化－钝化和钝化－过钝化 两个敏感电位区间 • 可以通过控制电位进行 阴极保护或阳极保护 防止SCC的发生
7.2 氢致开裂
• 定义： – 原子氢在合金晶体结构内的渗入和扩散
所导致的脆性断裂的现象， 又称作氢脆或氢损伤 – Hydrogen Induced Cracking(HIC) – 氢脆—金属材料的韧性降低 – 氢损伤—韧性降低和开裂， 还包括材料其他物理性能或化学性能的下降。
离子种类、浓度 溶液粘度，pH 氧及其他气体 搅拌或流速 缓蚀剂 温度、压力 辐照、微生物 外加电流
电化学行为
腐蚀原电池的阴极过程 和阳极过程 腐蚀电极的极化 腐蚀电位 腐蚀产物 腐蚀金属的钝化 微观电化学不均匀性
失稳断裂
裂纹扩展
应力腐蚀 裂纹形核
腐蚀 第5章 局部腐蚀2模板
三、空泡腐蚀
空泡腐蚀是由更高速（流速>30m/s）液流和腐蚀的共同作 用而产生的。如船舶的推进器、涡轮片和泵叶轮等这类构 件中的高流速冲击和压力突变的区域。 发生空泡腐蚀时，材料表面空穴或汽泡的形成和破灭极其 迅速。在一个微小的低压区，每秒种有 2×106个汽泡破灭， 并产生强烈的冲击波，压力可达410MPa。
3、材料因素一般耐蚀性来看，耐蚀性高的金属例如钛、铜及 其合金、不锈钢等，对腐蚀疲劳敏感性较小。
五、腐蚀疲劳控制的措施
1、合理选材
2、降低应力 3、减少腐蚀措施
5.54 磨损腐蚀
一、定义与特征 1、磨损腐蚀是指由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动， 引起金属的加速破坏或腐蚀。造成磨损腐蚀的腐蚀流体可以 是气体，液体或含有固体颗粒、气泡的液体等。 2、磨损腐蚀的外表特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷等， 还常常显示方向性。
四、氢损伤类型及其机理
1、氢腐蚀机理（高温氢腐蚀）Hydrogen Corrsion 氢腐蚀是指在高温 200℃以上，高压条件下，氢进入金属，产 生合金组分与氢化学反应生成氢化物等物质，导致合金强度下 降以至沿晶界开裂的现象，简称HC。 机理 3Fe+CH4
3、氢脆Hyrogen Embrittlement
氢脆（HE）是指由于氢扩散到金属中以固溶态（氢以H-、 H 、 H+ 的形态，固溶于金属中）存在或生成氢化物而导致 材料断裂的现象。 氢脆机理主要有以下几种： 1）氢压理论：
该理论认为当点阵中氢超过固溶度时，金属中过饱和的一 部分氢就会在晶界、孔洞或其他缺陷处析出，再结合成氢 分子，结果 在这些地方形成很高的氢气压，当压力超过材 料的破坏应力时就会产生裂纹，导致脆性开裂。
氢脆机理
该机理认为：金属材料在拉应力 和腐蚀介质共同作用 下，由于阴极还原反应产生的氢原子扩散到裂纹尖端的金 属内部引起并控制脆断。这种应力腐蚀称为氢脆型SCC （HE-SCC）。这一机理也称为氢的滞后开裂。
应力作用下的局部腐蚀
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腐蚀介质
特定的腐蚀介质种类和浓度影响应 力腐蚀的速率和程度。
金属材料
不同金属材料的耐应力腐蚀性能存 在差异。
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CATALOGUE
应力腐蚀的实验研究
实验材料与方法
实验材料
选择高强度钢、铝合金、钛合金等材 料作为实验材料，这些材料在实际工 程中常常面临应力腐蚀问题。
实验方法
采用慢应变速率拉伸实验（SSRT）和 恒载荷实验等方法，模拟实际服役环 境中的应力腐蚀条件。
合金化与热处理
合金化
通过添加耐腐蚀元素来改变金属材料的成分，提高其耐腐蚀性能。例如，不锈钢中的铬元素可以增强其耐腐蚀性 能。
热处理
通过加热和冷却的过程来改变金属材料的内部结构，提高其耐腐蚀性能。例如，对金属进行淬火、回火等处理可 以提高其抗应力腐蚀的能力。
缓蚀剂的应用
缓蚀剂
是一种能够抑制腐蚀反应的化学物质。 通过在腐蚀介质中添加缓蚀剂，可以有 效地减缓金属的腐蚀速率，从而降低应 力腐蚀的风险。
实验结果与分析
结果展示
通过观察和记录实验过程中材料的应力腐蚀裂纹萌生和扩展情况，获取相关数 据。
结果分析
对实验数据进行统计分析，研究应力腐蚀敏感性与材料属性、应力状态、腐蚀 介质等因素的关系。
实验结论与建议
结论总结
根据实验结果和分析，得出关于应力腐蚀敏感性的结论，为实际工程中材料的选用和防护提供依据。
详细描述
应力腐蚀是一个复杂的物理化学过程，涉及到微观结 构、电化学反应等多个方面。为了更好地预测和预防 应力腐蚀，需要深入研究其机理，包括材料在应力作 用下的微观结构变化、电化学反应过程等。通过这些 研究，可以更准确地评估材料的耐应力腐蚀性能，为 工程应用提供科学依据。
腐蚀学原理--第七章-应力作用下的腐蚀分析
实例：中国版本的“黑Байду номын сангаас坠落”
7.1.3 防止应力腐蚀断裂的措施
1．降低或消除应力 (1) 改进结构设计，避免或减少局部应力集中。对应力腐蚀事故分析表明，由残余应力引起的比例最大，因此在加工、制造、装配中应尽量避免产生较大的残余应力。结构设计应尽量避免缝隙和可能造成腐蚀液残留的死角，防止有害物质(如Cl-、OH-)的浓缩。 (2) 消除应力处理：减少残余应力可采取热处理退火、过变形法、喷丸处理等方法。其中消除应力退火是减少残余应力的最重要手段，特别是对焊接件，退火处理尤为重要。 (3) 按照断裂力学进行结构设计：由于构件中不可避免地存在着宏观或微观裂纹和缺陷，因此用断裂力学进行设计比用传统力学方法具有更高的可靠性。在腐蚀环境下，预先确定材料的KISCC、da／dt等参数，根据使用条件确定构件允许的临界裂纹尺寸ac，具有重要的实际意义。
氢的存在形式
氢可以H-、H、H+、H2、金属氢化物、固溶体、碳氢化合物等形式存在于金属中，也可与位错结合形成气团(⊥H)而存在。当氢与碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属作用时，可形成氢化物(如NaH)。在这类化合物中Na+和H-以离子键方式结合在一起，氢以H-形式存在。另一种观点认为，过渡族金属的d带没有填满，当氢原子进入金属后，分解为质子和电子，即H → H++e。氢的1s电子进入金属的d带，氢以质子状态存在于金属中。当金属d带填满后，多余的氢将以原子状态存在。也有观点认为，氢原子具有很小的原子半径(0.053nm)，能处于点阵的间隙位置，如α—Fe的四面体间隙和γ—Fe的八面体间隙。最近，有的研究者又提出电子屏蔽概念。认为氢以原子态“H+e”存在于金属中，或者说氢以“屏蔽的离子”即穿有“电子外衣”的离子状态存在于金属中。 氢溶解在金属中可形成固溶体，氢在金属中的溶解度与温度和压力有关。氢在金属中如果超过固溶度，可形成分子氢(H2)、金属氢化物、氢原子气团三类化合物。
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
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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
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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
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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
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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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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
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2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹
化工防腐基础知识
化工防腐基础知识一、腐蚀的定义材料由于和环境作用而引起的破坏或变质称为材料的腐蚀材料包括金属材料和非金属材料环境是指与材料接触的所有介质和气氛，包括水、水汽、土壤、化工介质、压力、温度等。
有金属（材料）存在的地方就会有腐蚀问题－悄悄进行的破坏例：油气工业采集和输送过程中使用大量弯头、三通等复杂部件，其多以高温高压流体的冲刷腐蚀失效为主水下油气田生产设施油气田中出现的冲刷腐蚀失效•一、常见的腐蚀类型及其定义•1．按腐蚀发生的机理来分，可分为化学腐蚀，电化学腐蚀和物理腐蚀三大类。
•（l）化学腐蚀•化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。
其特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物，而没有电流产生。
•金属在高温气体中的硫腐蚀，以及金属的高温氧化均属于化学腐蚀。
•（2）电化学腐蚀•电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而引起的破坏。
其特点是：它至少包含一个阳极反应，一个阴极反应。
腐蚀反应过程中电子通过金属从阳极区流向阴极区，其结果必然伴随着电流的产生。
•电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。
例如金属在大气、海水、土壤和各种电解质溶液中的腐蚀都属此类。
一般情况下，应力腐蚀，疲劳腐蚀、磨损腐蚀、生物腐蚀等都是电化学腐蚀并伴随着其它条件而共同产生的。
•（3）物理腐蚀•它是指金属由于单纯的物理溶解而引起的破坏。
这种腐蚀在工程中并不多见。
但最近在我们的裂解炉炉管上就发生了这种腐蚀。
•2．按腐蚀形态（特征）分类，可分为均匀腐蚀、局部腐蚀（缝隙腐蚀、晶间腐蚀）和应力腐蚀三大类。
•（l）均匀腐蚀•它的特点是腐蚀均匀地发生在整个金属表面。
大多数的化学腐蚀均属于这种类型。
均匀腐蚀是危险性最小的一种腐蚀，工程中往往是给出足够的腐蚀余量就能保证材料的机械强度和使用寿命。
•均匀腐蚀常用单位时间内腐蚀介质对金属材料的腐蚀深度或金属构件的壁厚减薄量（称之为腐蚀速率）来评定。
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；
管理资料腐蚀学原理 第七章 应力作用下的腐蚀分析汇编
? 发生应力腐蚀断裂有三个电位区(敏感电位 区)，如图7-1所示的区域1、2、3，即活
化—阴极保护电位过渡区，活化—钝化电 位过渡区，以及钝化—过钝化电位过渡区。
应力腐蚀断裂的特征
? (1) 金属在无裂纹，无蚀坑或缺陷的情况下，应力 腐蚀断裂过程可分为三个阶段。萌生阶段，即由于 腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段，也就是导致应力集中 的裂纹源的生核孕育阶段，可称作孕育期(诱导期)。 接着为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑到达到极 限应力值(单位面积所能承受最大载荷)为止的这一 阶段。最后是失稳断裂阶段。前一阶段受应力影响 很小，时间长，约占断裂总时间的90％，后两阶段 时间短，为总断裂时间的10％。
2Cu(NH 3) 42++H2O+2e → Cu 2O+2NH 4++2NH 3(α— 黄铜在氨液中 )
? 金属材料在应力和腐蚀的协同作用下，局部位置产生微裂 纹。这种窄纹在形成阶段并非真正“破裂”，而是裂纹的 前沿金属产生快速溶解。
金属裂纹的外表面(C)是
阴极区，进行阴极反应， 如：O2+2H2O+4e → 4OH-
合金 低碳钢
低合金钢 高强度钢
环境因素 环境
NaOH水溶液，NaOH
NO3—水溶液，HCN水溶液，H2S水溶液，Na3PO4水溶液，醋酸水溶液，NH4CNS水溶液， 氨(水<0.2％)，碳酸盐和重碳酸盐溶液，湿的CO--CO2—空气，海洋大气，工业大气，浓硝 酸，硝酸和硫酸混合酸 蒸馏水，湿大气，H2S，C1—
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坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作
用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中，而使钝化膜
再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复，造成纵深穿
晶的裂纹。
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2、氢脆机理
认为：金属材
料在拉应力 和
腐蚀介质共同作
用下，由于阴极
还原反应产生的
氢原子扩散到裂
纹尖端的金属内
部引起并控制脆
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4、外在应力的存在导致应力开裂
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应力腐蚀断裂的特征
1、产生应力腐蚀断裂必须同时具备三个基本条件，即 敏感的金属材料，足够大的拉伸应力和特定的腐蚀介质。
材料因素 力学因素
SCC
环境因素
2、发生应力腐蚀断裂的主要是合金，几乎所有金属的
合金在特定的环境中都有一定的应力腐蚀敏感性。例如，
纯度达9999%的铜在含氨介质中不会腐蚀断裂，但含有
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
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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。
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；
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3、合金成分的影响
在不锈钢中加入Si、Co有 利于提高抗SCC性能。但含 有周期表第V类元素N、P、 As、 Sb、 Bi有有害的 。Mo >4%能提高抗SCC性能。
（3）热应力：由于温度变化而引起的残余应力；
（4）结构应力：由于设备、部件的安装与装配而引起的应 力。
外加应力愈大，材料断裂优时选间专业愈短。如图所示。
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应力作用：（1）破坏钝化膜
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应力作用：（2）加速Cl-和OH-的吸附溶解
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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。
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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
优选专业 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。
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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。
5、应力腐蚀断裂是一种典型的滞后破坏，这种滞后破坏过程可 分三个阶段：第一阶段为裂纹孕育期，这个阶段占断裂总时间的 90%；第二阶段为裂纹扩展期；第三阶段为快速断裂期。整个断 裂时间与材料、应力和环境有关，短的几分钟，长的达几年。腐 蚀速率介于均匀腐蚀速率和单纯断裂速度之间。
6、应力腐蚀裂纹形态有三种：晶间型、穿晶型和混合型。 晶间 型是指裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金等。
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。
在应力作用下，位错沿着滑移面运动，在表面产生滑 移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜”金属。 有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化-活化微电池。
伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀
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优选。专业
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（2）滑移-溶解-断裂机理 ——奥氏体不锈钢
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（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。
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（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。
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（4）界面电位电位状况的影响：大量实验研究证明，SCC只有 在一定的电位范围内才能发生。现发现合金的阳极极化曲线有 三个易产生SCC的区域。这些区域都是过渡区。如图所示。
004%磷或001%锑时，则发生开裂。
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3、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生 SCC。如表7-1所示这种特定的腐蚀介质在含量较少时也会 造成应力腐蚀。
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4、一般情况下，只有拉应力（张应力）才能引起应力腐蚀断裂。 拉应力愈大，断裂时间愈短。断裂所需应力，一般都低于材料的 屈服强度。压应力不发生应力腐蚀，应力腐蚀裂纹走向宏观上与 拉应力方向垂直。
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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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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2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹
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3、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹
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根据应力腐蚀断裂的现代观念比较集中的有三种理论，即 阳极溶解机理（阳极溶解起控制作用）、氢脆机理（阴极过程 放出氢原子进入基体，导致材料脆断）、阳极溶解和氢脆共同 作用的机理。
1、阳极溶解机理：应力腐蚀断裂主要是指金属材料在静 拉应力与腐蚀介质共同作用下，由于裂纹尖端区阳极溶解过程 控制引起脆断（APC-SCC）。属于这类机理的有低碳钢、铝 合金和铜合金的SCC。
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（1）黄铜的SCC机理
溶液中的铜氨络离子Cu(NH3)n2+的存在是黄铜氨脆所 必需条件，它是由于溶解在溶液中的氨气、氧气与铜反应 生成的。
Cu + nNH3 + 1/2 O2 + H2O Cu(NH3)n2+ + 2OH黄 铜 在 成 膜 溶 液 中 （ 含 Cu2+ 和 NH4+ 离 子 溶 液 ， pH=64~73中生成一层Cu2O膜） 主要是晶间断裂。