應力腐蝕破裂是金屬材料在靜拉伸應力和腐蝕介質共同作用下導致的破壞現象,通常用SCC (Stress Corrosion Cracking)表示。廣義的應(ying)力腐(fu)蝕破裂包括氫脆。狹義的應力腐蝕破裂和氫脆的定義分別如下:應力腐蝕破裂是指處于拉應力狀態下的合金,在特定的腐蝕介質中,由于產生局限于合金內某種顯微路徑的陽極溶解(腐蝕)而導致破壞現象;氫脆是指處于拉應力狀態下的合金,由于吸收氫(包括由腐蝕反應生成的氫)而產生的脆性破壞現象。兩者區別是:應力腐蝕破裂是由于定向的陽極溶解而產生的破裂(陽極過程);氫脆是由于陰極吸氫而產生的脆性破壞(陰極過程)。兩者原理示意圖見圖1-8。


圖 8.jpg


  金(jin)屬(shu)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)(po)裂(lie)必須(xu)有特定(ding)的(de)條件(jian)(jian)。處于拉(la)應力(li)(li)狀(zhuang)態下,壓應力(li)(li)不會產(chan)生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)(po)裂(lie);腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質和材料(liao)的(de)組合上有選擇性(xing),在此特定(ding)組合以外的(de)條件(jian)(jian)下,不產(chan)生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)(po)裂(lie);材料(liao)必須(xu)是合金(jin),純金(jin)屬(shu)一般不產(chan)生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)(po)裂(lie)。


  應力腐蝕裂紋(wen)的發(fa)展(zhan)有貫穿晶粒型(xing)(叫做穿晶型(xing)SCC),也有沿(yan)(yan)著晶粒邊界的(叫做沿(yan)(yan)晶型(xing)SCC),還有穿晶和沿(yan)(yan)晶的混合(he)型(xing)。


  裂紋(wen)的特征:在宏(hong)觀上,是起源于(yu)金屬表面且分布(bu)具有明顯的局部性,垂直于(yu)外(wai)力或拉應(ying)力的裂紋(wen)(指主裂紋(wen)),裂紋(wen)的寬(kuan)度較小,而擴展較深(shen);在微觀上,裂紋(wen)既有主干又(you)有分支,典型的金相裂紋(wen)多(duo)貌(mao)似落(luo)葉后的樹干和樹枝,裂紋(wen)尖端較銳(rui)利。


  斷(duan)口形貌:應力腐蝕破裂的宏(hong)觀斷(duan)口多呈(cheng)脆性斷(duan)裂;斷(duan)口的微觀形貌,穿晶型多為準解理(li)斷(duan)裂,并(bing)常見河(he)流、扇形、魚(yu)骨、羽毛等(deng)花樣(yang),而沿晶型則多為冰(bing)糖(tang)塊(kuai)狀花樣(yang)。


  應力腐蝕破裂影響因素很多,過程比較復雜,因此到目前為止,對不銹鋼應力腐蝕破裂的機理尚未取得統一的認識。對于奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂,目前傾向于“滑移-溶解-斷裂”學說(又稱為力學化學理論 Mechano-chemical Theory)。


   在介質作用下,鉻鎳奧(ao)氏體不銹鋼表面上存在著借以耐腐蝕的保護膜(鈍化膜)。在拉伸應力作用下,位錯沿著滑移面運動至金屬表面,在表面產生滑移臺階,使表面膜產生局部破裂并暴露出沒有保護膜的裸金屬。有膜與無膜金屬間形成微電池,在介質作用下,作為陽極的裸金屬產生陽極溶解。此時,保護膜的作用不僅為腐蝕過程提供了陰極,而且又使陽極溶解集中在局部區域。顯然,保護膜破裂后,若所暴露的裸金屬一直處于活化腐蝕狀態,則腐蝕必然會同時向橫向發展,于是,裂紋尖端的曲率半徑增大,應力集中程度隨之減小,進而導致裂紋向縱向發展的速度變慢直至最后終止。但是,在實驗室內和應力腐蝕工程事故分析中均可看到,不銹鋼應力腐蝕裂紋尖端非常微細。因此,一般認為,在裸金屬受到腐蝕的同時,還存在一個能阻止腐蝕向橫向發展的過程,才能使裂紋沿縱向發展,此過程就是不銹鋼的再鈍化。因此,滑移-溶解-斷裂模型至少包括表面膜的形成、金屬產生滑移引起表面膜的破裂、裸金屬的陽極溶解和裸金屬的再鈍化等四個過程,這些過程的反復進行,導致不銹鋼的應力腐蝕斷裂。


   至于鉻鎳奧氏體不銹(xiu)鋼的晶(jing)間(jian)型應力腐蝕,目前的主要(yao)見解有:不銹(xiu)鋼晶(jing)粒間(jian)界貧鉻區(qu)的選(xuan)擇性溶解、不銹(xiu)鋼中雜質沿晶(jing)界偏聚而引起的優先溶解、不銹(xiu)鋼中晶(jing)界沉淀相本身(shen)的溶解等(deng)。


  應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕破裂(lie)是腐蝕破裂(lie)事(shi)故中事(shi)例最多的,約占50%,特別是焊接引起的內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)是應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕破裂(lie)的主要(yao)應(ying)(ying)力(li)(li)來源(yuan)。作為焊接技術(shu)人員,尤(you)其要(yao)注意(yi)焊接工程中的應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕破裂(lie)問題(ti)。


  為了防止應力(li)(li)(li)腐蝕破(po)裂(lie),首先要消除或減少(shao)一(yi)切應力(li)(li)(li),避免應力(li)(li)(li)集中;其(qi)次要根據介(jie)質選用耐(nai)應力(li)(li)(li)腐蝕破(po)裂(lie)的材料(liao),使(shi)其(qi)不構(gou)成(cheng)能產生應力(li)(li)(li)腐蝕破(po)裂(lie)的材料(liao)與(yu)環境組合(he)。與(yu)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相比(bi)較,鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)奧(ao)氏體(ti)+鐵(tie)素(su)體(ti)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)氯化物水溶(rong)液中的耐(nai)應力(li)(li)(li)腐蝕破(po)裂(lie)性(xing)能要高得多(duo)。