应力腐蚀断裂

1-5 应力腐蚀开裂概述因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂称腐蚀破裂。

金属材料的腐蚀有多种，按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀介质可分为：氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等；按腐蚀部位和破坏现象，可分为：均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。

金属材料在特定腐蚀环境下，受拉应力共同作用时所产生的延迟开裂现象，称为“应力腐蚀开裂”。

应力腐蚀开裂属于环境敏感断裂范畴。

并非任何环境都会产生应力腐蚀开裂，应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程，一定的金属材料只在某一特定的腐蚀环境中才会产生应力腐蚀开裂。

有拉伸应力存在，是应力腐蚀开裂的先决条件，焊接剩余拉应力有着极为重要的影响！在锅炉压力容器部件的腐蚀中，应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种！已成为工业（特别是石油化工）中越来越突出的问题（参见：化工设备损伤事例统计表），石油化工焊接结构的破坏事故中，约有半数为应力腐蚀开裂。

化工设备（低于300ºC）损伤事例统计表①包括腐蚀疲劳开裂，一般约占8% 。

因此，必须从结构设计及施工制造方面考虑洚低剩余拉应力，以提高结构的抗应力腐蚀开裂性能。

当然，还应从生产管理方面考虑降低介质的腐蚀作用。

本节主要是了解应力腐蚀开裂的特征，以防止、控制应力腐蚀开裂。

一. 应力腐蚀开裂特征：1. 应力腐蚀开裂条件：（1）合金----纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。

极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。

各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。

（2）拉应力-----引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏（不管拉应力多么小，只要能引起变形滑移，即可促使产生应力腐蚀开裂）。

应力既可由载荷引起，也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。

（3）腐蚀性介质----产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系，即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。

应力腐蚀形成条件、危害性及裂纹特征
1.应力腐蚀形成条件一是拉应力，二是应力腐蚀环境（含温度、腐蚀性介质）。

2.危害性是应力腐蚀而引起的断裂是在没有明显宏观变形、无任何征兆的情
况下发生的，破坏具有突发性。

裂纹往往深入到金属内部，一旦发生，很难修复，有时只好整台设备报废。

由于应力腐蚀裂纹原因复杂，涉及许多学科领域，到目前为止，尚有许多问题没搞清楚。

3.裂纹特征从宏观形态看，应力腐蚀裂纹只产生在与腐蚀介质接触的金属表
面，然后由表面向内部延伸，表面看呈直线状、树枝状、龟裂状或放射状等多种形态，但都没有明显塑性变形，裂纹走向与所受拉应力垂直。

从微观形态看，深入金属内部的应力腐蚀裂纹呈干枯的树根状，“根须”细长而带有分支，见下图，裂纹断口为典型的脆性断口。

应力腐蚀（一）应力腐蚀现象金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。

应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。

其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。

由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。

不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。

应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的：1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。

这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。

一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。

2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。

产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。

3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。

常见合金的应力腐蚀介质：碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。

马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金：水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金：湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气（二）应力腐蚀断口特征与疲劳相似，应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和扩展这两个过程来进行的，一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右，而裂纹扩展仅占10%左右。

不锈钢的应力腐蚀破裂及其防护
不锈钢在某些特定环境下可能会发生应力腐蚀破裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）。

应力腐蚀破裂是在应力作用下，不锈钢在特定的腐蚀介质中出现断裂的现象。

这种现象在化工、航空、核工业等领域中很常见，其破坏性很大，可能导致设备的损坏、人员伤亡等问题。

应力腐蚀破裂的发生与多种因素有关，包括应力、腐蚀介质、材料组织、温度等。

因此，要有效地防止应力腐蚀破裂，需要采取多种措施，包括：
1.选用合适的不锈钢材料。

根据工作环境和介质的特点，选用抗应力腐蚀性能较好的不锈钢材料，如316L、904L等。

2.控制应力。

应力是引发应力腐蚀破裂的主要因素之一。

因此，在不锈钢的制造、加工和安装过程中，要控制好应力，尽量避免出现过大的应力。

3.选择适当的腐蚀抑制剂。

在特定的腐蚀介质中，添加适当的腐蚀抑制剂可以有效地抑制应力腐蚀破裂的发生。

4.提高材料表面质量。

不锈钢的表面质量对应力腐蚀破裂的发生也有一定的影响。

要采取适当的工艺和方法，提高材料表面质量，减少表面缺陷和裂纹的产生。

5.加强设备检修和维护。

定期检查设备的状态，及时发现和修复缺陷和损伤，可以有效地延长设备的使用寿命，减少应力腐蚀破裂的风险。

综上所述，要防止不锈钢应力腐蚀破裂的发生，需要从多个方面入手，综合考虑控制应力、选择合适的材料、添加腐蚀抑制剂、提高表面质量和
加强设备维护等措施。

应力腐蚀开裂（SCC）：是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而互生失效的一种通用术语。

应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。

发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。

裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。

这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。

在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。

因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。

1)点腐蚀：是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。

2)晶间腐蚀：晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利区城。

因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。

这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。

3)缝隙腐蚀：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。

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、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。

4)全面腐蚀：是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。

当发生全面腐蚀时，村料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。

不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。

全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心，因为，这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。

零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析本文旨在介绍零件的脆性断裂失效分析的重要性和目的。

脆性断裂是指在零件受到一定载荷作用下，没有发生明显的塑性变形，而导致突然断裂的现象。

这种失效模式对于工程结构的安全性和可靠性具有重要的影响。

脆性断裂的失效分析是一项关键的任务，旨在确定零件破坏的原因和机制，以及采取相应的措施来预防和控制脆性断裂的发生。

在分析中，我们还会涉及到与脆性断裂相关的其他失效现象，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。

通过对零件脆性断裂失效的深入分析，我们可以更好地了解材料的性能和强度，确定适当的设计和加工参数，以及制定合理的维护和检修计划。

这对于提高工程结构的可靠性，延长零件的使用寿命以及降低维护成本具有重要意义。

本文将通过对脆性断裂失效分析的相关知识进行详细解释和说明，为读者提供系统的理论基础和实践指导，以便能够有效地进行脆性断裂的失效分析工作。

解释脆性断裂是指在应力作用下，当零件发生断裂时没有明显的塑性变形。

详细讨论导致脆性断裂的各种原因，包括疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等。

脆性断裂是指材料在受力作用下发生的突然断裂，常常发生在零件长时间受重复负载或特定环境下受力情况下。

脆性断裂的原因多种多样，下面将对其中的疲劳、应力腐蚀和氢脆断裂进行详细讨论。

疲劳断裂：疲劳断裂是由于零件在长时间受到变化的载荷作用下产生的。

当重复载荷作用于零件时，如果应力超过了材料的疲劳极限，就会发生疲劳断裂。

疲劳断裂是零件的高频失效模式，常见于机械装置和结构中。

应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指在特定环境中，材料受到应力和腐蚀介质共同作用时突然断裂。

应力腐蚀断裂的发生是由于腐蚀介质在零件表面引起局部腐蚀，而应力则产生了裂纹的扩展。

应力腐蚀断裂是一个复杂的断裂形式，常见于化工设备和海洋装备等领域。

氢脆断裂：氢脆断裂是由于材料在存在氢的环境中发生的断裂。

氢脆断裂的主要机制是氢的扩散和积聚在材料中，导致材料的力学性能降低，从而引起断裂。

金属构件产生应力腐蚀断裂的三个基本条件
金属构件产生应力腐蚀断裂需要满足以下三个基本条件：
1. 材料应力状态
金属构件的应力状态是应力腐蚀断裂的重要因素。

当金属构件受到作用于其表面的应力时，可能会产生应力集中，引起局部应力增加。

而这种局部应力增加可能会导致金属表面的腐蚀，并最终导致裂纹的形成和扩展。

因此，应力状态是应力腐蚀断裂的重要条件之一。

2. 腐蚀环境
金属构件所处的腐蚀环境也是应力腐蚀断裂的关键因素之一。

腐蚀环境能够对金属表面产生腐蚀作用，并在一定程度上影响金属表面的物理和化学性质，从而影响金属表面对应力的抵抗能力。

对于某些金属来说，即使是微弱的腐蚀作用也可能会导致应力腐蚀断裂的发生。

3. 处理工艺和材料的性质
金属构件的处理工艺和材料性质也是应力腐蚀断裂的关键因素之一。

不同的处理工艺和材料性质可能会对金属表面的物理和化学性质产生影响，从而影响金属表
面对应力的抵抗能力。

此外，金属构件的材料性质也可能会影响金属表面的耐腐蚀性能，进而影响应力腐蚀断裂的发生。

因此，处理工艺和材料性质也是应力腐蚀断裂的重要条件之一。

应力腐蚀断裂机理我有个朋友，姓张，是个搞材料的。

有天他来找我，说有个问题想不明白，愁得头发都快掉光了。

我问他啥事儿，他说是关于应力腐蚀断裂的。

我一听，心里就乐了，这玩意儿我虽然不懂，但我知道怎么跟你唠。

应力腐蚀断裂，这名儿听着就挺吓人，跟武侠小说里的毒药似的。

其实啊，它就是一种材料在特定环境下，受力和腐蚀共同作用下发生的断裂。

这事儿说起来简单，但真要搞明白，那可就复杂了。

老张跟我说，他那材料在实验室里好好的，一拿到现场就出问题了。

我说你那材料是不是跟人一样，到了新环境就水土不服？他说可不是嘛，现场那环境，湿度大，温度高，还有各种腐蚀性介质，材料一进去就蔫了。

我说你这材料啊，就跟人一样，得适应环境。

你不能光在实验室里养着，得出门见见世面。

老张一听，眼睛一亮，说你这话说得有道理。

我说你别光听我说，你得去现场看看，看看那环境到底咋回事。

老张还真去了，回来跟我说，现场那环境，比他想象的还恶劣。

我说那你得给材料穿件衣服，保护一下。

他说穿啥衣服？我说你那材料不是怕腐蚀吗？你给它涂层防腐涂料，就跟人穿衣服一样，保护起来。

老张一听，说这主意不错，回去就试了。

结果还真管用，材料在那个环境下，还真就挺住了。

我说你看，这不就解决了？老张说，还是你厉害，一句话就点醒了我。

我说你别夸我，我也就是瞎猫碰上死耗子。

这事儿啊，说到底还是得靠你自己琢磨。

材料这东西，就跟人一样，得适应环境，得保护自己。

你要是不懂它，它就给你闹脾气。

你要是懂它，它就乖乖听话。

老张听了，哈哈一笑，说你这话说得真有意思。

我说有意思的事儿多了，你慢慢琢磨吧。

材料这东西，学问大着呢，你得慢慢学，慢慢悟。

老张点点头，说你这话我记住了。

我说记住就好，以后有啥不明白的，再来找我唠唠。

老张说行，那我先走了，回去再琢磨琢磨。

我看着老张的背影，心里想，这材料的事儿，还真跟人一样，得用心去琢磨。

你要是不用心，它就给你闹脾气。

你要是用心了，它就乖乖听话。

这事儿啊，说到底，还是得靠你自己。

应力腐蚀破裂的特征应力腐蚀破裂 (Stress Corrosion Cracking, SCC) 是一种特殊的腐蚀破裂形式，常见于金属材料在受到应力和特定环境条件共同作用下发生的破裂现象。

应力腐蚀破裂不仅会导致金属部件的失效，还可能给工业生产过程带来不可预估的危害。

因此，研究和了解应力腐蚀破裂的特征对于材料工程师和相关从业者来说具有重要意义。

一、引言应力腐蚀破裂是金属材料的破坏过程中的一种特殊现象，其主要特征是在同等应力下，金属材料在特定的腐蚀环境中可能发生破裂。

应力腐蚀破裂是金属腐蚀破坏的一种最严重的形式之一，既发生在高强度材料上，也发生在低强度材料上。

由于其特殊性和严重性，长期以来，应力腐蚀破裂一直是材料科学和工程中的一个重要研究领域。

二、应力腐蚀破裂发生的原因应力腐蚀破裂的发生是由于金属材料受到应力作用和特定腐蚀性环境的共同作用所造成的。

通常情况下，金属材料处于特定环境中，受到应力会导致金属表面电化学反应的加速，从而加速腐蚀过程，进而导致破裂。

具体来说，应力腐蚀破裂发生的原因主要有以下几点：1. 特定环境的存在：与其他腐蚀形式不同，应力腐蚀破裂需要特定的环境条件才能发生。

这些环境通常涉及特定的腐蚀介质和气氛，如盐水、氨气等。

在这些环境中，金属材料的腐蚀速率会明显加快。

2. 定向裂纹敏感性：应力腐蚀破裂往往发生在金属材料中存在定向性裂纹的位置。

这些裂纹可以是由于外部应力、内部加工缺陷或材料的微观组织等原因而引起的。

3. 低应力下的破裂：与其它腐蚀形式不同，应力腐蚀破裂常常发生在相对较低的应力下。

这也是应力腐蚀破裂最具欺骗性的地方，因为即使是一些原本应力下不易发生破裂的材料，在特定腐蚀环境下也可能引发应力腐蚀破裂。

三、应力腐蚀破裂的特征应力腐蚀破裂的特征主要包括以下几个方面：1. 速度加快：应力腐蚀破裂引起的腐蚀速度通常比普通的腐蚀快得多。

这是因为应力的作用加速了金属表面的电化学反应，导致腐蚀过程迅速发展。