金属材料的应力腐蚀

《金属材料的应力腐蚀》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料的应力腐蚀（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、金属材料的应力腐蚀size=18俭属材料的应力腐蚀金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单 纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生;它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同， 腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。 因此它是一种危害性极大的破坏形式。按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反应 敏感型。阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为 基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。阴极反应

2、敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆 型应力腐蚀，也称氢脆。通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个方 面说明1、应力产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接 力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致 应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通 常是比较轻微的。如果不是在腐蚀环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的 应力值要根据材料、腐蚀介质等具体

3、情况来确定。2、腐蚀介质产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢 应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混 合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的 氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。3、材料一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。4、破坏过程a. 孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。b. 裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展c.

4、裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破坏。另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐 蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。 金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单纯由 应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐 蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。 因此它是一种危害性极大的破坏形式。按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应

5、敏感型和阴极反应 敏感型。阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为 基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆 型应力腐蚀，也称氢脆。通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个方 面说明1、应力产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接 力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致 应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应

6、力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通 常是比较轻微的。如果不是在腐蚀环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的 应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况来确定。2、腐蚀介质产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢 应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混 合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的 氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。3、材料一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金

7、属中才会发生。4、破坏过程a. 孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。b. 裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展c. 裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破坏。另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐 蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。氯离子引起的不锈钢容器的应力腐蚀作者：高建文姚丹丹王立群在用奥氏体不锈钢制造的压力容器中，如果有氯化物溶液存在，也会产生应力腐蚀。 这是由于溶液中的氯离子使不锈钢表面的钝化膜受到破坏，在拉伸应力的作用下，钝化膜

8、被破坏的区域就会产生裂纹，成为腐蚀电池的阳极区，连续不断的电化学腐蚀最终可能导 致金属的断裂。这种腐蚀与氯离子的浓度关系不大，即使是微量的氯离子，也可能产生应力腐蚀。在 实际生产中，有些设备并不是在正常操作条件下被腐蚀破坏的，而是在停车期间由于残留 在容器中低浓度（5%）的氯化物冷凝液，产生了应力腐蚀裂纹。也有因用含氯离子浓度较 高的水进行耐压试验，结果残留在容器中的水被浓缩而生产应力腐蚀。氯离子对奥氏体不锈钢的应力腐蚀，其裂纹通常是穿品型的，并且多数是分枝状裂纹。 多数腐蚀裂纹都产生在焊缝附近，这就充分说明焊接残余应力是一个重要的因素。不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理发表于：2009-9-24

9、 9:05:56 作者：金属受环境介质的化学及电化学作用而被破坏的现象即腐蚀。化学腐蚀的环境介质是非电解质（汽 油、苯、润滑油等），电化学腐蚀的环境介质是电解质（各种水溶液）。电化学腐蚀是涉及电子转移的 化学过程，该过程能否进行取决于金属能否离子化，而离子化的趋势可用金属的标准电极电位（8。） 来表示。由于碳化物、夹杂物，以及组织、化学成分和内部应力的不均匀等的作用，将促使各部分在电解液 中产生相互间的电极电位差。电极电位差愈大，微阳极和微阴极间的电流强度愈大，钢的腐蚀速度也愈 大，微阳极部分产生严重的腐蚀。在电化学腐蚀中能够控制腐蚀反应速度的现象称为极化，极化可使阳 极与阴极参与反应的速度得

10、到减弱和减缓。电解液中离子的缓慢移动、原子缓慢结合成气体分子或电解 液中离子的缓慢溶解，都可能是极化的表现形式。反应面积、搅拌或电解液流动、氧气、温度等因素， 都将影响极化的速度。用极化技术与临界电位可衡量金属与合金在氯化物溶液中点腐蚀与缝隙腐蚀的敏 感性。当不锈钢与异种金属接触时，需考虑电化学腐蚀。但若不锈钢是正极，则不会产生电流腐蚀。钝化状态金属的耐腐蚀性取决于铬含量、环境中的氯化物和氧含量以及温度。某些元素（如氯） 可以击穿钝化膜，造成钝化膜不连续处的金属被腐蚀，故使用钝化状态金属的用户应特别注意点腐蚀、 应力腐蚀开裂、敏化以及贫氧腐蚀等。为了提高不锈钢的耐腐蚀性能，其应易处于钝化状态（

11、必要条件）， 钝化后腐蚀电流密度要低（腐蚀速度），钝化状态的电位范围要宽（相对稳定性）。对于含镍材料来说，腐蚀有两种主要形式：一种是均匀腐蚀，另一种是局部腐蚀。在海洋大气中 的铁锈就是一种一般或均匀腐蚀的典型例子。此处金属在其整个表面上均匀地被腐蚀。在这种情况下， 钢表面形成疏松层，这层腐蚀产物很容易去除。另一方面，像合金400这种耐腐蚀性较好的金属，它们 在海洋大气中表现出良好的均匀抗腐蚀性。这是由于合金400可形成一种非常薄而坚韧的保护膜。均匀 腐蚀是一种最容易处理的腐蚀形式，因为工程师可以定量地确定金属的腐蚀率并可精确地预测金属的使 用寿命。不锈钢耐腐蚀性机理：在不锈钢表面形成明显的C*

12、薄膜，0和宣的含量有最低要求（10.5%） 以获得连续的保护性薄膜，以抑制侵蚀的发生。若保护性薄膜被损坏，它可以自然恢复。氧化膜的抗腐 蚀性能取决于Mo、Ni、Cr、及N的含量。提高Cr含量可以提高不锈钢的抗侵蚀性和当Cr203薄膜被损 坏时增强了其自修复能力。Cr203薄膜对基体结构（铁素体或奥氏体）没有任何影响。蚀斑：在较高温度范围内处于氯化物、氟化物或氧化性溶液中，最初产生在夹杂物、表面损伤等保护膜 不连续表面，而后将产生穿孔或形成新的保护膜（除去腐蚀物质和冲洗过的部分）。主要产生于海边环 境、盐水、海水或高氧化性溶液环境。为此，需除去或减少氯、氟含量，加强冲洗维护，提高铬、钼含 量。缝

13、隙腐蚀：在氯化物、氟化物或硫环境中，最初存在缝隙且氧极少，导致产生腐蚀直至缝隙扩展、 裂开。主要产生于接缝、焊缝或附着物之下。为此，需消除缝隙和避免搭接，采用腐蚀抑制剂，不透水 密封，提高铬、钼含量。由局部腐蚀而引起的破坏是很难预测的。因而，设备的寿命也不能精确地预计。这里给出几种局 部腐蚀的例子。第一例是电化学腐蚀。当两种或多种不同的金属在某种导电液（电解液）存在条件下接触和连接时，电 化学腐蚀就发生了。此时，两种金属间建立了势能差，同时电流将流动。电流会从抗腐蚀能力较差的金 属（即阳极）流向抗腐蚀能力较强的金属（即阴极）。腐蚀由阴极上的反应情况而控制，如氢气的生成 或氧气的还原。如果某一大

14、的阴极面与某一小的阳极面相连接时，阳极和阴极之间即会产生大的电流 流动。这种情况必须避免。另一方面，当我们将此情况颠倒一下，即让某一大的阳极面与小的阴极面相 连接时，两种金属之间则会产生小的电流流动。这种情况是我们所期望的。在实用指南中，我们将位 于某一容器或槽中的焊接金属接点设计为阴极。紧固件装置是这样设计的，即将阴极紧固件（小面积） 与阳极件（大面积）连接在一起。此概念的例子是将钢板用铜铆钉铆接在一起并暴露在流动速度低的海 水中，铜质固定件为小的阴极面，而钢板为大的阳极面。这种设计是非常便利的，而且可产生良好的相 容性。另一方面，如果相反进行连接，即用钢铆钉来固定铜板，则在钢铆钉上会产生非

15、常快的腐蚀。此时，铜板则由于钢的腐蚀而被阴极保护。有趣的是在这种情况下，铜离子的释放被停止，铜板将被海 水中的有机物缠结。通常，铜的腐蚀可阻止缠结有机物的附着。在电厂设计中，电化学腐蚀是非常重要 的，而且不应被忽视。第二个局部腐蚀的例子是浸蚀腐蚀。一块石头有可能堵塞在某一铜合金冷凝器的管子中。此时， 石头的下游方向将立即产生紊流现象。这就会引起对铜保护氧化膜的浸蚀或磨损，并使未保护的铜合金 金属暴露，以致产生进一步的腐蚀。这种循环趋于继续加剧浸蚀和腐蚀，直至造成管子穿孔为止。浸蚀 腐蚀可通过采用良好的隔离技术来防止。电厂技术人员常碰到的第三种局部腐蚀形式是缝隙腐蚀。缝隙腐蚀：是指在金属构件缝隙

16、处发生斑 点状或溃疡形的宏观蚀坑，当金属表面出现某种沉淀或附着物时产生，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。间隙类型（金属金属、金属-异种金属）、间隙深度、内 外面积比等几何尺寸因素，氧含量、氧离子浓度、PH值、温度、扩散与对流、微生物等环境因素，金 属溶解、氧消耗、氢产生等电化学反应，金属组织不纯、表面氧化、钝化膜的特性等冶金因素，都将影 响间隙腐蚀的发生与扩散。正好在沉淀物下面或缝隙内，溶液中的氧含量是低的，在缝隙的外面大量溶 液中的氧含量很高，这就建立了一个电池，其沉淀物下或缝隙中是阳极而其外面是阴极。含氯化物介质 的缝隙的内部，PH值下降而氯化物浓集。这种酸性氯化物条件导致腐蚀加快并且是自动起媒介作用的。 接着便发生了严重的局部腐蚀。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