不锈钢应力腐蚀原理及防治方法剖析
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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 断。这种应力腐 蚀称为氢脆型 SCC（HESCC）。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；
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，材料断裂时间愈短。
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应力作用：（1）破坏钝化膜
14
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。
3、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生 SCC。
4、应力腐蚀纹形态有三种：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。
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5、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
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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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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4、外在应力的存在导致应力开裂
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应力腐蚀开裂的特征
1、产生应力腐蚀开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、发生应力腐蚀开裂的主要是合金，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开裂，但含有 004%磷或001%锑时，则发生开裂。 6
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我们公司明显属于应力腐蚀开裂的情况出现过不少 1）603分厂压缩机工段冷凝器管板焊缝开裂 2）606分厂氨冷凝器管板与换热管焊缝开裂 3）609分厂塔内冷器管板与换热管焊缝开裂
a 换热管材料都是304不锈钢；
b 开裂处都为管板与换热管焊接处及焊接热影响区，存 在焊接残余应力； c 壳程都是循环水，换热温度都超过 60℃，在管板与换 热管缝隙处氯离子富集，浓度高 特定的合金，一定的应力，特定的腐蚀环境，造成了应 力腐蚀开裂。
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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。 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 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）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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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。
应力腐蚀开裂 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。 应力腐蚀开裂，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开裂。
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不同情况引起的应力腐蚀开裂
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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渗透后的明 显裂纹
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使用建议
1 、列管式换热器的使用，如果工艺允许，建议循环水尽量走管程， 既能避免氯离子的富集，也容易清洗水垢； 2、列管式换热器中需冷却的物料温度控制尽量在 60℃以下，如果超 过80℃的要特别注意 3、物料中有易造成不锈钢SCC发生的环境时，一定要在设备条件中 提出，特别是卤素离子（Cl-、Br-等），以便于提前预防与避免。 4、解决发生SCC的三条途径 a 降低温度：高于 60℃的物料在用循环水冷却前，可以采用能量耦 合、风冷等形式，先将物料温度降低到60℃以下，再用水冷； b 消除应力：车间将 SCC所涉及的温度、物料成分提清楚后，设备 制造单位在制造时可采用减小焊接电流、控制焊接速度、控制层间 温度在 90℃以内、整体消除应力（在受应力的合金表面进行喷砂、 锤敲等处理，使表面层处于压应力状态，以提高抗 SCC性能。）等 办法减少应力，另外结构设计时增加膨胀节也可减少温差应力； c 选择材料：如果SCC无法控制，且制作质量无法保证的前提下，可 采用耐SCC的材料，目前常用的有双相不锈钢2205、2507等。 22
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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 断。这种应力腐 蚀称为氢脆型 SCC（HESCC）。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；
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，材料断裂时间愈短。
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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。
3、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生 SCC。
4、应力腐蚀纹形态有三种：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。
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5、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
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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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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4、外在应力的存在导致应力开裂
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应力腐蚀开裂的特征
1、产生应力腐蚀开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、发生应力腐蚀开裂的主要是合金，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开裂，但含有 004%磷或001%锑时，则发生开裂。 6
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我们公司明显属于应力腐蚀开裂的情况出现过不少 1）603分厂压缩机工段冷凝器管板焊缝开裂 2）606分厂氨冷凝器管板与换热管焊缝开裂 3）609分厂塔内冷器管板与换热管焊缝开裂
a 换热管材料都是304不锈钢；
b 开裂处都为管板与换热管焊接处及焊接热影响区，存 在焊接残余应力； c 壳程都是循环水，换热温度都超过 60℃，在管板与换 热管缝隙处氯离子富集，浓度高 特定的合金，一定的应力，特定的腐蚀环境，造成了应 力腐蚀开裂。
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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。 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 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）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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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。
应力腐蚀开裂 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。 应力腐蚀开裂，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开裂。
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不同情况引起的应力腐蚀开裂
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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渗透后的明 显裂纹
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使用建议
1 、列管式换热器的使用，如果工艺允许，建议循环水尽量走管程， 既能避免氯离子的富集，也容易清洗水垢； 2、列管式换热器中需冷却的物料温度控制尽量在 60℃以下，如果超 过80℃的要特别注意 3、物料中有易造成不锈钢SCC发生的环境时，一定要在设备条件中 提出，特别是卤素离子（Cl-、Br-等），以便于提前预防与避免。 4、解决发生SCC的三条途径 a 降低温度：高于 60℃的物料在用循环水冷却前，可以采用能量耦 合、风冷等形式，先将物料温度降低到60℃以下，再用水冷； b 消除应力：车间将 SCC所涉及的温度、物料成分提清楚后，设备 制造单位在制造时可采用减小焊接电流、控制焊接速度、控制层间 温度在 90℃以内、整体消除应力（在受应力的合金表面进行喷砂、 锤敲等处理，使表面层处于压应力状态，以提高抗 SCC性能。）等 办法减少应力，另外结构设计时增加膨胀节也可减少温差应力； c 选择材料：如果SCC无法控制，且制作质量无法保证的前提下，可 采用耐SCC的材料，目前常用的有双相不锈钢2205、2507等。 22