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1、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。应力腐蚀开裂的特征。应力腐蚀开裂的特征。（一）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1， 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2， 加工，制造，热处理引起的内应力。 3， 装配，安装形成的内应力。 4， 温差引起的热应力。 5， 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔
2、入作用也能产生裂纹扩展所需要 的应力。 （二）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐 蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点： 即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。合金腐蚀介质碳钢和低合金钢NaOH 溶液，含有校酸根，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 COCO2,空气高强度钢蒸馏水，湿大气，氯化物溶液，硫化氢奥氏体不锈钢高温碱液，高温高压含氧纯水，氯化物水溶液，海 水，浓缩锅炉水，水蒸气(260C)，湿润空气（湿
3、度 90%） ，硫化氢水溶液，NaClH2O2水溶液，二 氯乙烯等铜合金NH3蒸汽，氨溶液，汞盐溶液，含 SO2的大气，三 氯化铁，硝酸溶液钛合金发烟硝酸，海水，盐酸，含 Cl,Br,I水溶液， 甲醇，三氯乙烯，CCl4，氟利昂铝合金NaCl 水溶液，海水，水蒸气，含二氧化硫的大气， 含 Br,I水溶液，汞而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的 H2S 和 NH3可分 别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的 NH3是鼻子嗅不到的，却 能引起黄铜的氨脆。19 世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发 生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆” （原因 是
4、黄铜弹壳（1）应力加上印度大气中含有微量 NH3） 。再如奥氏体不锈钢在 含有几个 ppm 氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸 盐溶液中的“硝脆” ，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境 介质结合后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离 子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。 （三）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间 后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子 K1 达到材料的断裂韧性 K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段： 裂纹萌生
5、，裂纹扩展，失稳断裂。 1， 裂纹的萌生。 裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应 变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是 SCC 裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取 决于环境特征与应力大小。 2， 裂纹扩展。 应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速 率 da/dt与裂纹尖端的应力强度因子 K1的关系具有图示的三个阶段特征。 在第一阶段 da/dt 随 K1降低而急剧减 少。当 K1降到 Kiscc 以下时应力腐蚀 开裂裂纹不再扩展，因此 Kiscc 时评 定材料应力腐蚀开裂倾向的指标之一。 在第二阶
6、段，裂纹扩展与应力强度因 子 K1大小无关，主要受介质控制。在 这阶段裂纹出现宏观和微观分枝（图） 。 但在宏观上，裂纹走向与抗应力方向 是垂直的。第三阶段为失稳断裂，纯 粹由力学因素 K1控制，da/dt 随 K1增 大迅速增加直至断裂。 （四）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其 断口呈多种形貌。有沿晶断，准解理，韧（2）等。二，二， 应力腐蚀开裂机制。应力腐蚀开裂机制。应力腐蚀开裂现象很多，目前尚未有统一的见解，不同学派的观点可能从电 化学，断裂力学，物理冶金进行研究而强调了它们的作用。 （一） 电化学理论。 1， 活性通道理论。 该理论认为，在金属或合金中有一条易于
7、腐蚀的基本上是连续的通 道，沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界， 亚晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通 道进行，形成很窄的裂缝裂纹，而外加应力使裂纹尖端发生应力集 中，引起表面膜破裂，裸露的金属成为新的阳极，而裂纹两侧仍有 保护膜为阴极，电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端，使其在高电 流密度下加速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜 的破裂与电化学活化溶解的联合作用。 2， 快速溶解理论。 该理论认为活性通道可能预先是不存在的，而是合金表面的点蚀坑， 沟等缺陷，由于应力集中形成裂纹，裂纹一旦形成，其尖端的应力集中很大，足以使其尖端发生塑性变形到一
8、个塑性，该塑性具有很 大的溶解速度。这种理论适用于自纯化金属，由于裂纹两侧纯化膜 存在，更显示裂纹尖端的快速溶解，随着裂纹向前发展，裂纹两侧 的金属重新发生纯化（再纯化） ，只有当裂纹中纯化膜的破裂和再纯 化过程处于某种同步条件下才能使裂纹向前发展（如果纯化太快就 不会产生裂纹进一步腐蚀，若再纯化太慢，裂纹尖端将变圆，形成 活性较低的蚀孔。3， 膜破裂理论。 该理论认为金属表面有一层保护膜（吸附膜，氧化膜，腐蚀产物膜） ， 在应力作用下，被露头的滑移台阶撕破，使表面膜发生破裂（图 b）局部暴露出活性裸金属，发生阳极溶解，形成裂纹（图 c） 。同 时外部保护膜得到修补，对于自纯化金属裂纹两侧金属
9、发生再纯化， 这种再纯化一方面使裂纹扩展减慢，一方面阻止裂纹向横向发展， 只有在应力作用下才能向前发展。4， 闭塞电池理论。 该理论是在活性通道理论的基础上发展起来的。腐蚀就先沿着这些 活性通道进行，应力的作用在于将裂纹拉开，以免被腐蚀产物堵塞， 但是闭塞电池理论认为，由于裂纹内出现闭塞电池而使腐蚀加速 （这类似于缝隙腐蚀）即在裂纹内由于裂纹内金属想要发生水解： FeCl2+2H2OFe(OH)2+2HCl，使 Ph 值下降，甚至可能产生氢，外部 氢扩散到金属内部引起脆化。闭塞电池作用是一个随催化腐蚀过程， 在拉应力作用下使裂纹不断扩展直至断裂。 （二） 吸氢变脆理论。 该理论是从一些塑性很好
10、的合金在发生应力腐蚀开裂时具有脆性断裂的 特征提出的（变脆是否由氢脆引起？）该理论认为裂纹的形成与发展主 要与裂纹尖端氢被引入晶格有关，如奥氏体不锈钢在裂纹尖端，Cr 阳极氧化生成 CrO3使其酸度增大。2Cr+3H2OCr2O3+6H+6e。当裂纹尖端的 电位比氢的平衡电位负时，氢离子有可能在裂纹尖端被还原，变成吸附 的氢原子，向金属内部扩展，从而形成氢脆。 （三）应力吸附破裂理论。 该理论认为由于环境中某些破坏性组分对金属表面内表面的吸附，削弱 了金属原子间的结合力，在抗拉力作用下引起破裂。三，三， 影响应力腐蚀开裂的因素影响应力腐蚀开裂的因素见表。见表。五，应力腐蚀开裂控制方法。五，应力腐蚀开裂控制方法。由于应力腐蚀涉及到环境介质，应力，材料三个方面，因此防止应力腐蚀也 应从这三方面入手。 （一） 降低和消除应力。 1， 改进结构设计：应力腐蚀开裂常发生在应力集中处， 在结构设计时应减少应力集中。 （此处缺页！）（四）涂层保护。主要是有机高分子涂层，如环氧树脂涂层，有机硅涂层，从而使 金属表面和环境隔离开了，避免产生应力腐蚀。（五）合理选材和改善材质。选材应避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境中使用（见前面 讲的表）如对于接触海水的热交换器采用普通低碳钢可能比不锈 钢更好。减少材料中的杂质，提高纯度对减少应力腐蚀开裂也有好处。
