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关注碱性应力腐蚀开裂

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应力腐蚀开裂 解决方案

应力腐蚀开裂 解决方案

应力腐蚀开裂解决方案应力腐蚀开裂这事儿啊，就像身体里有个小恶魔在搞破坏，不过咱有办法治它！一、从材料本身入手。

1. 选材讲究。

首先呢，咱得选那些抗应力腐蚀开裂能力强的材料。

就好比找个身强力壮、不容易生病的人来干活一样。

比如说，要是在那种容易有应力腐蚀的环境里，不锈钢可能比普通碳钢要好得多。

如果是在含氯离子的环境里，那就别傻愣愣地用那些不耐氯离子腐蚀的材料啦，得挑那些专门针对这种环境的特殊不锈钢，像316L不锈钢就比304不锈钢在这方面表现更好，就像挑选手套，得挑那种最适合工作环境的。

2. 材料改性。

对材料进行改性也是个好主意。

就像给材料吃点“补药”，让它变得更坚强。

可以进行热处理，通过加热和冷却的过程来改变材料的内部结构。

比如说，正火处理可以细化晶粒，让材料的内部组织更加均匀，这样它就能更好地抵抗应力腐蚀开裂啦。

还有表面处理也很有用，像喷丸处理，就像是给材料的表面做个按摩，让表面产生压应力，这就相当于给材料穿上了一层抗压的小铠甲，能有效地抵抗外界的拉应力，从而减少应力腐蚀开裂的可能性。

二、控制应力这头“怪兽”1. 应力消除。

应力要是太大，材料肯定受不了，就像人压力太大也会崩溃一样。

所以要把应力给消除掉。

一种办法是采用退火处理，把材料加热到一定温度，然后慢慢冷却，就像让材料放松一下，把那些积攒的应力都释放出去。

还有啊，如果是在制造过程中产生的残余应力，像焊接后的结构，那就得用一些特殊的方法。

比如说振动时效，就像给焊接后的结构来个小震动，把里面那些不安分的应力给抖搂出来，让结构变得更稳定，不容易出现应力腐蚀开裂。

2. 合理设计结构。

在设计结构的时候啊，可不能乱来。

要尽量避免应力集中的情况。

就好比盖房子，你不能把所有的重量都压在一个小角落里，那样肯定会出问题。

在机械结构设计里也是一样的道理。

比如说，把零件的棱角都设计成圆角，而不是尖锐的直角，这样应力就不会都挤在那个尖尖的角上啦。

还有啊，要合理安排结构的受力情况，让应力分布得更加均匀，就像大家一起分担工作，而不是把所有的活儿都压在一个人身上。

10-应力腐蚀开裂-氢致开裂

10-应力腐蚀开裂-氢致开裂
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四、氢致开裂的机理——氢鼓泡（生成氢分子）
氢鼓泡机理示意图
➢ H2S是弱酸，在酸性溶 液中主要以分子形式存在；
➢ 在金属表面阴极反应生 成大量的氢原子；
➢ 氢原子渗入金属内部， 通过扩散达到缺陷处，析出 氢气产生高压；
➢ 非金属夹杂物（如Ⅱ型 MnS）为裂纹的主要形核位 置。
34
抑制氢鼓泡的措施
机械原因：材料受力变形时造成钝化 膜破坏。
17
2、溶解（裂纹扩展）
➢ 裂纹扩展的可能途径：预先存在活性通道和应变产生的 活性通道。 ➢ 活性通道理论（拉伸应力较小时）
大的应力作用在裂缝尖端应力集中，使表面膜破裂。 合金中预先存在一条对腐蚀敏感的通道，在特定介质条 件下成为活性阳极。 形成活性通道可能性有：合金成分结构差异；晶界或亚 晶界；局部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面 膜局部破裂；塑性变形引起的阳极区等。
氢原子
d
氢分子
a
c b
表面铁原子
e
h
+
++
++ h’
f
渗碳体或
g
固溶体碳原子
g’
内部铁原子
钢的氢腐蚀机理模型示意图
31
铁素体晶体结构和显微组织 含碳少
奥氏体晶体结构和显微组织 含碳多
抑制氢腐蚀的措施
➢ 温度：各种钢发生氢腐蚀的起始温度为200oC以上。 ➢ 氢分压：氢分压低时，发生表面脱碳难以鼓泡或开裂。 ➢ 介质气体：含氧或水蒸气时，降低氢进入钢中的速度； 含H2S时，孕育期变短。 ➢ 合金元素：碳含量增加，孕育期变短；加入形成碳化物 金属（Ti、Nb、Mo、W、Cr），减少甲烷生成；MnS为裂 纹源的引发处，应去除。 ➢ 热处理和冷加工。

1-5应力腐蚀开裂

1-5应力腐蚀开裂

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。

第五章-应力腐蚀开裂

第五章-应力腐蚀开裂

第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.2 应力腐蚀的环境因素
2） 温度的影响
一般来说，环境温度越高，开裂越 快，有的应力腐蚀体系存在一个临界开 裂温度。
316L不锈钢在1%NaOH溶液中慢应变 速率试验时，当温度由200℃提高到 280℃ ，试样的延伸率、断裂时间和最 大断裂应力均明显下降。
短则几天，长则数年。
第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.4 应力腐蚀开裂的过程
2）应力腐蚀失效过程
裂纹从腐蚀坑萌生后，在应力和阳极溶 解的共同作用下进行亚稳定扩展。
裂纹的扩展方向总体是与外加拉应力垂 直，但存在很多的分叉现象，即多裂纹扩展，

黄铜季裂后，裂纹是沿晶扩展，在主裂纹的 侧面形成一些侧裂。
（4）拉应力能引起应力腐蚀，压应力较小时会阻止或延缓应力腐蚀。但压 应力过大时，也会引起应力腐蚀。 （5）有些体系存在一临界开裂应力σth，临界应力强度因子KISCC或临界应
变率范围c。当σ >σth、 KI>KISCC或 < c 时，体系发生应力腐蚀开裂。
（6）发生应力腐蚀的材料主要是合金，纯金属极少发生。
温度对316不锈钢应力腐蚀的影响
第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.2 应力腐蚀的环境因素
3）介质成分和浓度
对应腐蚀开裂起特定作用的“特性介质”浓度，往往在适当范围内时， 发生应力腐蚀可能性较大，开裂时间较短。
浓度很低时，往往开裂时间很长，有时甚至不开裂。但浓度影响究竟如 何，需视具体的“合金-环境”组合体系而言。
1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒 塌，死46人。事故调查的结果就是因为应力＋大气中微量H2S导致钢梁产生 应力腐蚀所致。

碱管脆性破裂分析与预防

碱管脆性破裂分析与预防

碱管脆性破裂分析与预防作者：包炜刚来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第04期摘要：本文结合生产实际，指出碱脆现象对化工生产的危害。

对碱脆产生的机理做了分析，并提出相应的预防措施。

关键词：碱脆；应力腐蚀开裂；预防措施碱液的腐蚀是化工生产中普遍存在的现象，如果不了解金属材料在碱液中的腐蚀行为，生产中很容易造成设备及管道的碱腐蚀破坏，即常说的“碱脆”。

了解金属材料在碱液中的腐蚀并制定合理的预防方法，对于降低企业生产成本，减少环境污染具有积极意义。

1 碱液管线破裂分析①碱液管线概况：2014年某大型化工企业炼油改造项目，建设一条30%浓度碱液管线。

管道材质为20#碳钢，管线长度1200m，配有蒸汽伴热。

②管线腐蚀情况：2014年3月，管线投运不久即发现多处泄漏。

经观察，泄漏点多产生在管托与管道的焊缝处，焊缝附近多有细小裂纹，碱液泄漏渗出。

因泄漏点处于管线底部，极难处理。

③腐蚀产生原因分析：碱液管线冬季运行，采用蒸汽伴热情况下，满管运行温度大约80～100℃，30%浓度碱液在此条件下处于碱脆条件范围内。

而且施工时没有按要求对管托处焊缝做焊后热处理。

碱管在受到焊口未退火产生的残余应力和蒸汽伴热后产生的热应力的作用下，在较高温度环境中发生了应力腐蚀破裂。

2 碱液腐蚀机理2.1 金属在碱中的腐蚀大多数金属在碱液中的腐蚀是发生阴极过程的氧去极化反应。

从铁的腐蚀速度与pH值的关系可知：当pH值很低时，由于氢的阴极放电和析出的效率增加了，同时腐蚀产物可溶，因而腐蚀加剧。

当pH值为4～9时，由于处在氧的扩散所控制的阴极过程氧去极腐蚀阶段，氧的溶解度及扩散速度与pH值的关系不大，所以这时铁的腐蚀速度与pH值无关。

当pH值为9～14时，铁的腐蚀速度大大降低，主要是由于腐蚀产物在碱液中的溶解度很小，并能牢固覆盖在金属表面，从而阻滞着阳极的溶解，同时也影响氧的去极化作用。

当碱浓度高于pH值14时，铁将会重新发生腐蚀。

碱应力腐蚀原理

碱应力腐蚀原理

碱应力腐蚀原理
碱应力腐蚀是一种金属腐蚀的特殊形式，发生在碱性环境中的金属材料上，通常在高温和高压条件下。

以下是碱应力腐蚀原理的详细说明：
1.定义：
碱应力腐蚀是一种由碱性介质对金属的侵蚀和应力作用引起的腐蚀现象。

它通常发生在高温高压下的碱性环境中，例如碱性蒸汽或碱性溶液中。

2.机理：
碱应力腐蚀的机理涉及多个因素的相互作用。

首先，碱性介质中的碱离子（如氢氧化钠或氢氧化钾）与金属表面发生化学反应，形成水溶性的金属盐。

其次，高温和高压条件下，金属晶界和晶内存在的应力集中区域容易发生应力腐蚀开裂。

最后，碱性环境中的水分子可以促进腐蚀反应，并在应力场下导致金属的裂纹扩展。

3.影响因素：
碱应力腐蚀受多种因素的影响，包括金属的化学成分、晶格结构、应力状态、碱性介质的浓度和温度等。

高强度金属材料、高温高压环境、碱性介质浓度较高的情况下更容易发生碱应力腐蚀。

4.防范措施：
针对碱应力腐蚀，可以采取一系列的防范措施。

包括选用抗碱性能强的金属材料，通过改变材料的化学成分和热处理工艺来提高其抗腐蚀性能，减少应力集中的存在，以及降低碱性介质的浓度和温度等。

5.应用领域：
碱应力腐蚀主要发生在一些特定的工业领域，如化工、石油化工、电力等领域的设备和管道中。

这些设备通常在高温高压的碱性介质中工作，容易受到碱应力腐蚀的影响。

总的来说，碱应力腐蚀是一种特殊形式的金属腐蚀，发生在高温高压碱性环境中，其机理涉及化学腐蚀和应力作用的相互作用。

对于碱性环境中的金属材料选择和工程设计具有重要的指导意义。

应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂过程示意图
分类
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。
2、减少或消除零件中的残余拉应力
残余拉应力是产生应力腐蚀的重要条件。为此，设计上应尽量减小零件上的应力集中。从工艺上说，加热和 冷却要均匀，必要时采用退火工艺以消除内应力。或者采用喷丸或表面热处理，使零件表层产生一定的残余压应 力对防止应力腐蚀也是有效的。
3、改善介质条件
这可从两个方面考虑：一方面设法减少或消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，如通过水净化处理，降低 冷却水与蒸汽中的氯离子含量对预防奥氏体不锈钢的氯脆十分有效；另一方面，也可以在腐蚀介质中添加缓蚀剂， 如在高温水中加入300×10-6mol/L的磷酸盐，可使铬镍奥氏体不锈钢抗应力腐蚀性能大大提高。
2、不能得出裂纹扩展速率的变化规律
因为这种传统的方法是以名义应力作为裂纹扩展驱动力的，它不能反映裂纹顶端的应力状态。只有把断裂力 学引入应力腐蚀的研究以后，这一问题才得到解决。
3、费时，且不能用于工程设计
现在对应力腐蚀的研究，都是采用预制裂纹的试样。
防止的措施
1、合理选择材料
针对零件所受的应力和使用条件选用耐应力腐蚀的材料，这是一个基本原则。如铜对氨的应力腐蚀敏感性很 高，因此，接触氨的零件应避免使用铜合金；又如在高浓度氯化物介质中，一般可选用不含镍、铜或仅含微量镍、 铜的低碳高铬铁素体不锈钢，或含硅较高的铬镍不锈钢，也可选用镍基和铁一镍基耐蚀合金。

应力腐蚀开裂的三个条件

应力腐蚀开裂的三个条件

应力腐蚀开裂的三个条件
应力腐蚀开裂是一种特殊的金属腐蚀现象，通常发生在受到持续拉伸应力和某些化学环境的金属材料上。

其发生与否受到以下三个条件的影响：
1. 金属材料具有易腐蚀性
金属材料在特定的化学环境中容易发生腐蚀，这就是易腐蚀性。

通常，易腐蚀性体现为材料表面的一些小缺陷，例如微小的裂纹、气孔、夹杂物等。

这些缺陷可以为腐蚀剂提供钝化膜破坏的隐患，从而使金属材料易发生应力腐蚀开裂。

2. 存在应力场
金属材料在一定的应力环境下，会发生应力集中现象，导致局部应力过大。

这种应力状态非常容易导致金属材料发生应力腐蚀开裂。

在实际应用中，常见的应力集中形式包括缺口、孔洞、螺纹、焊接处等。

3. 存在腐蚀环境
既然是应力腐蚀开裂，那么一定需要存在一定的腐蚀环境。

在这种环境下，金属材料被腐蚀，形成钝化膜的破坏，加上局部应力的作用，就容易发生应力腐蚀开裂。

常见的腐蚀环境包括氯化物、硫化物、碱性等。

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贮碱罐焊接接头开裂原因及防止措施

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承压设备损伤之应力腐蚀开裂

承压设备损伤之应力腐蚀开裂

承压设备损伤之应力腐蚀开裂承压设备损伤之应力腐蚀开裂1.3 应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂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。

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。

《承压设备损伤模式识别》、《容器定检规》中称为“环境开裂”（共列出13种）：氯化物应力腐蚀开裂、碳酸盐、硝酸盐、碱、氨、胺、湿硫化氢破坏（氢鼓包、氢致开裂、应力导向型氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂）、氢氟酸致氢应力开裂、氢氰酸致氢应力开裂、氢脆、高温水、连多硫酸、液体金属脆断等等。

>>裂纹特征应力腐蚀的宏观裂纹均起自于表面且分布具有明显的局部性；裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近未见塑性变形；除裂纹部位外，其它部位腐蚀轻微，且常有金属光泽。

>>在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹。

应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶＋沿晶混合型；裂纹的宽度较小，而扩展较深，裂纹的纵深常较其宽度大几个数量级；>>裂纹既有主干也有分支，典型裂纹多貌似落叶后的树干和树枝，裂纹尖端较锐利。

典型的应力腐蚀开裂裂纹及其微观形貌沿晶裂纹穿晶裂纹>>断口形貌应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。

断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样。

断口扫描电镜微观形貌－解理＋微裂纹沿晶断口，晶间存在微裂纹1.3.1 氯化物应力腐蚀开裂奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂。

>>损伤机理氯离子易吸附在奥氏体不锈钢表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏。

碱液管道焊缝裂缝原因分析及修复措施

碱液管道焊缝裂缝原因分析及修复措施

碱液管道焊缝裂缝原因分析及修复措施作者：王永兴来源：《中国科技博览》2018年第07期[摘要]本文通过对碱液管道、碱液浓度、伴热温度、应力等引起碱脆破裂的影响因素探讨，提出了相应的预防措施；并提出采取恰当措施进行修复，有效地避免了因应力腐蚀而引起的管道泄漏。

[关键词]碱脆应力腐蚀预防焊缝修复中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0251-01某联合装置水汽两台超高压蒸汽锅炉是烯烃装置重要动力设备，采用母管并列运行，以重油、裂解油、燃料气为燃料，该锅炉在微正压下燃烧，每台锅炉的最大蒸发量为160t/h，过热蒸汽设计压力为11.9MPa，设计蒸汽温度为525℃，锅炉的排烟的烟尘及NOX严重超标。

为解决锅炉烟尘及NOX超标，2015年3月本装置采用SCR脱硝技术新建脱硫脱硝装置。

氨区是2016年6月投用的脱硫脱硝新装置的一部分，UFA2704碱罐收液管道自2016年6月投用至2017年6月1年有余，2吋碱管道焊缝裂缝泄漏7次，重复维修2次，极不正常。

一、碱液管道概况碱液管道材质20#钢，介质浓度NaOH32%溶液；设计温度60℃，设计压力0.28MPa；操作温度常温，操作压力0.1MPa；腐蚀余量1mm。

管道设计有1/2吋伴热管用于冬季加热，介质低压蒸汽。

伴热管紧贴碱管道，外有50mm的矿棉保温。

低压蒸汽压力0.35MPa，温度150℃，2016年6月投用。

二、碱液管道应力腐蚀机理1.金属材料的应力腐蚀破裂是拉伸应力和腐蚀介质共同作用的结果应力腐蚀破裂与纯机械应力造成的破坏不同，它能在很低的拉伸应力作用下产生破坏；它与纯腐蚀引起的破坏也不同，在腐蚀强度低的介质中也能引起破裂。

碳钢在氢氧化钠水溶液中产生应力腐蚀破裂碱脆。

2.碳钢的碱脆一般要同时具备3个条件一是较高浓度的氢氧化钠溶液。

试验指出，浓度大于10%的碱液即足以引起钢的碱脆。

二是较高的温度，碱脆的温度范围较宽，但最容易引起碱脆的温度是在溶液的沸点附近。

关注300系列不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂

关注300系列不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂

并得出一些结论。然而，在低氯浓度情况下，测试时间会 变得很长。 实验中必须观察到应力腐蚀开裂（由于不能证 明否定的假设，即应力腐蚀开裂不会发生），并且获得结 论非常低浓度的氯离子（如：小于 10 ppm）也会导致应力 腐蚀开裂。
表面膜和沉淀 在工业实践中，另外两个因素会使得临界浓度的问题复杂 化。其一是缝隙或蒸汽空间内氯化物（或其他腐蚀种类） 浓缩的可能性，因为在这些地方稀释液会蒸发和损耗。二 是表面膜能够吸收或阻挡氯化物，从而使其浓度会比其在 大体积的溶液中的浓度要高出几个量级。水中的碳酸钙沉 淀，蒸汽中的水合铝或氧化铁，冷凝物或水相/有机物的 混合物、有机或生物膜，都会在金属表面吸收并局部富集 氯物质，从而导致应力腐蚀开裂。0.02 ppm 的较低浓度水 平的溶液会在金属表面通过氧化铝膜被浓缩至 10000 ppm。
氯化物 氯，作为卤素的代表，是最常见的造成奥氏体不锈钢应力 腐蚀开裂的物质。报告表明在各种媒介中，比如自然水、 地热蒸汽、工业蒸汽冷凝物和碱性物等，都会发生应力腐 蚀开裂。在大多数情况下，除了碱（其自身也会造成应力 腐蚀开裂），其余的裂纹都可以归因于无机氯离子。
除了少数的一些敏感的金属结构（如晶界有的碳化铬析出 物）在特定环境下的情况外，氯化物应力腐蚀开裂表现为 多分支的穿晶裂纹。图1 的显微照片显示的是氯化物应力 腐蚀开裂的形如闪电的穿晶裂纹形态。
热壁效应
“热壁”的影响除了水中盐本身的沉积，也涉及到腐蚀机理方面。通常 观察到的水冷式热交换器就会在传热最大的地方发生应力腐蚀开裂，而 在同等条件下，简单浸泡的不锈钢部件没有观察到开裂现象。
硫化物-氯化物开裂 硫化氢（或来源于其他方面的硫化物）和氯化物的同时存 在会协同影响 18-8 不锈钢。304 不锈钢在硫化氢溶液中去 （其中氯化物含量低至 2-8 ppm），在室温下可观察到穿 晶应力腐蚀开裂现象。显然，相较于氧，硫化氢在膜形成 过程中有特殊作用。

第五章6应力开裂腐蚀

第五章6应力开裂腐蚀
迅速腐蚀期：小鼓泡长大并沿晶界形成裂纹。 钢的体积膨胀，力学性能大大下降
饱和期：裂纹互相连接，内部脱碳直到碳耗尽。 体积不再膨胀
38
氢腐蚀的影响因素
• 温度 • 氢分压 • 冷加工变形：加速腐蚀（应变易集中在铁素体和碳化物界
面上，在晶界形成高密度微孔，增加了组织和应力的不均 匀性，增加气泡形核位置，并有利于裂纹的扩展。） • 碳化物的球化处理：使界面能降低而有利于孕育期的延长。 • 稳定化元素
机理：C+2H2 → CH4
Fe3C+2H2 → 3Fe+CH4
或4H + Fe3C → 3Fe+CH4
反应生成的高压气体，在高压、高温、含氢条件下氢
分子扩散到钢中，并生成甲烷，甲烷在钢中的扩散能力很
低，这样甲烷量不断增多，形成局部高压，造成应力集中
使该处发展为裂纹。（脱碳）
37
氢腐蚀过程
孕育期：晶界碳化物及其附近有大量亚微型充满甲烷的 鼓泡形核。 力学性能和显微组织均无变化
39
2、氢鼓泡（Hydrogen Blistering） 氢鼓泡是指过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂、气孔、
微缝隙处）析出后，形成氢分子，在局部区域造成高氢压 （106MPa），引起表面鼓泡或形成内部裂纹，使钢材撕裂 开来的现象，称氢诱发开裂（HIC）或氢鼓泡（HB）。
40
3、氢化物脆裂 （ Hydrogen Embrittlement） 氢化物脆裂脆（HE）是指由于氢扩散到金属中以固溶态
材料因素 力学因素
SCC
环境因素
2、发生应力腐蚀断裂的主要是合金，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断裂，但含有 004%磷或001%锑时，则发生开裂。

应力腐蚀撕裂SCC产生机理影响因素及防治措施

应力腐蚀撕裂SCC产生机理影响因素及防治措施

腐蚀开裂，一定的材料只在某一定的腐蚀环境中才产生应
力腐蚀裂纹。
材料
腐蚀介质
低碳钢 NaOH 水溶液(沸腾)、硝酸盐水溶液等
低合金钢
海水、H2S 水溶液、NH4Cl 水溶液等
奥氏体不锈钢 氯化物水溶液、海洋气氛、海水等
一般说来，介质的腐蚀性较弱，呈中性或弱酸性 PH 6-7，当表面膜不能稳定存在时，易产生应力腐蚀开裂。 介质的腐蚀性强，易产生全面的均匀性腐蚀，反而不易产
一、应力腐蚀裂纹特征 1、形貌： 外观：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。 从横断面来看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深方 向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支是其典型的 特点。 从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口 2、材质与介质的匹配
纯金属不产生应力腐蚀裂纹，凡是合金即使含有微量 元素的合金，在特定的腐蚀环境中都有一定的应力腐蚀开 裂倾向。但并不是说，任何合金在任何介质中都产生应力
介质处理、加缓蚀剂等
电化防蚀、阴极化或阳极化、表面技术处理
2、 定时检查及分析
定期检查、及时补修
2、 合理制定装焊工艺 1）、成形及装配工艺 引起应力腐蚀裂纹的重要原因之一就是残余应力，从 部件成形加工列组装都可引起残余应，特别是强制组 装，例如用千斤组装大错口，可以形成很大的残余应 力，在组装质量不良的条件下（错口）焊接时，会造 成较大的残余应力。组装时所造成伤痕如随意打弧的 灼痕等都会成应力腐蚀裂源。 2)、焊接工艺 基本点，不产生硬化组织，不发生晶粒严重粗化现象, 接头硬度↑ 粗晶区的应力腐蚀裂纹的扩展敏感性最大，主要是由 于晶粒粗大，以致裂纹尖端集中的位错数量增大，并 可形成大的滑移阶梯，从而利于应力腐蚀裂纹的形成 和扩展。 3、 消除应力处理 焊后消除应力处理是防止产生应力腐蚀裂纹的重要环 节。

二. 应力腐蚀开裂

二. 应力腐蚀开裂

二. 应力腐蚀开裂
2 碳钢硝脆
• 冷轧态没有硝脆敏感性(表3—5b注②)，但在590℃或 更高的温度回火30分，则具有高度的硝脆敏感性(图 3—13及3—14)， • 接受碳、氮晶界偏析引起硝脆的观点，可以较好地 理解上述的宏观规律。 • (1)淬火—回火处理。925℃困溶处理使碳化物及氮 化物全部 • 溶解，碳及氮原子偏析在奥氏体及随后的铁素体晶界， 淬火后仍保持这种状态，因而具有高度的硝脆敏感性。 随后的回火，将发生晶界及晶内的碳化物及氮化物沉 淀。由于碳化牧本身对于应力腐蚀开裂没有直接影响 (参见2．1．1．3节)。晶内析出碳化物(或氮化物)， 使晶内的碳(或氮)浓度下降，晶界平衡的碳(或氮)浓
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
• •
施
1.4． 预防措
对于非常稀的碱溶液，例如锅炉水，发生碱脆破裂 的主要原因是由于碱液被局部浓缩的结果，因此， 对于这一类情况，防止碱脆破裂的主要措施是防止 碱的局部浓缩，消除会引起碱的局部浓缩的内表面 缺陷，或者进行水处理，使碱中和。例如用硫酸盐 进行水处理，生成硫酸钠，在碱沉积之前先沉积在 钢的表面，这样可以防止浓缩碱直接与钢接触．
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
•
素
•
1.3． 影响因
浓度 低于5%一般不发 生
二. 应力腐蚀开裂
1 碳钢SCC
•
1.3． 影响因 素
• 温度 介质温度越高超容易产生碱脆破裂．当溶液温度接 近或大于沸点时，最容易产生碱脆破裂． 美国ACE 的调查报告证实了这一点，他们认为，对于低碳钢 或低合金钢，只有在介质温度大于65℃时，才会发 生碱脆破裂． 微碱性高温高压水引起的碱脆破裂， 通常发生在150—300的温度范围内．100以下及 300℃以上很少发生． 温度越高，越容易发生晶间型破裂，穿晶裂纹一 般只发生在低温

金属焊接中的应力腐蚀开裂分析与预防

金属焊接中的应力腐蚀开裂分析与预防

金属焊接中的应力腐蚀开裂分析与预防在金属焊接中，应力腐蚀开裂是一个普遍存在的问题。

这种现象指的是在受到外部应力作用下，金属焊接接头出现应力腐蚀破裂的情况。

它会严重影响金属焊接接头的性能和使用寿命，因此对于应力腐蚀开裂的分析与预防非常关键。

本文将围绕着金属焊接中的应力腐蚀开裂，从分析其原因、影响因素和预防措施等方面进行探讨。

一、应力腐蚀开裂的原因应力腐蚀开裂的形成是由于金属焊接接头同时受到应力和腐蚀介质的作用，从而引发了金属腐蚀破裂。

其原因主要有以下几个方面：1.应力源：金属焊接接头中存在各种应力源，如冷却过程中的收缩应力、加热过程中的热应力、装配过程中的焊接残余应力等。

这些应力源的存在使得金属接头产生了内应力，为应力腐蚀开裂提供了条件。

2.腐蚀介质：金属焊接接头在使用环境中遭受到腐蚀介质的侵蚀，如酸性、碱性或盐性介质等。

这些腐蚀介质与金属焊接接头之间的相互作用会导致金属发生腐蚀，从而降低其力学性能和耐蚀性。

3.材料选择：金属材料的选择也会对应力腐蚀开裂起到重要影响。

一些材料本身就具有较高的应力腐蚀敏感性，容易发生腐蚀破裂。

此外，焊接接头处于退火状态下时，晶界与晶界附近区域的化学成分和晶界能对应力腐蚀开裂也具有影响。

二、应力腐蚀开裂的影响因素除了上述原因外，还有一些其他因素会进一步影响应力腐蚀开裂的产生与发展。

这些因素包括：1.温度：温度是影响应力腐蚀开裂的重要因素之一。

在一定温度范围内，金属的活化能和扩散速率会显著增加，从而加剧金属的腐蚀破裂。

2.应力：外部应力对金属焊接接头的应力腐蚀开裂有着直接影响。

当外部应力超过金属材料的抗应力裂纹扩展能力时，应力腐蚀开裂就会产生。

3.介质浓度：腐蚀介质的浓度对应力腐蚀开裂的发生和发展也起到重要作用。

高浓度的腐蚀介质会加速腐蚀破裂的速度。

三、应力腐蚀开裂的预防措施为了有效预防金属焊接中的应力腐蚀开裂，我们可以采用以下方法：1.材料选择：选择抗应力腐蚀开裂性能良好的金属材料，如高强度合金钢、不锈钢等。

应力腐蚀开裂机理及防护v1.2.

应力腐蚀开裂机理及防护v1.2.

图：一催冷304/2B纵缝内表面焊缝裂纹
三、碳酸盐腐蚀开裂Carbonate cracking
1、机理 碳酸盐腐蚀开裂是在显碱性的含中高浓 度碳酸盐的碱性酸水、拉应力和腐蚀介质 共同作用下导致的开裂，氰化物有促进作 用。开裂往往沿着平行焊缝的母材传播， 偶尔也发生在焊缝熔合区和热影响区。
2、影响因素 影响开裂敏感度的因素有PH值、酸水中碳酸盐的 浓度和拉应力水平。
H
L
H
H
NO
L
M
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L
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NO
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L
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3、选材及防护 消除应力、选纯净钢 4、案例 装置：有硫化物和水存在的装置； 某炼油厂催化裂化装置稳定汽油部分换热 器的壳程（材质为16Mｎ）发现开裂，进行 化学分析、微观组织观察、硬度测试及断口分 析，测试分析结果表明：在断口沉积物中的硫 含量高，母材和焊缝的化学成分正常，裂缝起 源于壳体的焊缝区，开裂是硫化物应力腐蚀开 裂造成的。
炼油厂常见腐蚀形态及 机理 (应力腐蚀开裂)
茂名分公司RBI小组
2007年9月
一、应力腐蚀开裂SCC
1、定义 指敏感金属或合金在一定的拉应力和一 定的腐蚀介质共同作用下产生的特殊断裂 方式称为应力腐蚀开裂（SCC）。 应力来源于外加应力、焊接和冷加工产 生的残余应力、热应力等。
2、应力腐蚀开裂机理
>1000 H H H
38-66 67-93 94-268
氯应力腐蚀裂纹敏感性CLSCC
CL- PPM 温度
0C
PH>10
>1000 L M
1-10 L M
11-100 L L

316L不锈钢在高温酸碱溶液中的应力腐蚀行为

316L不锈钢在高温酸碱溶液中的应力腐蚀行为

316L不锈钢在高温酸碱溶液中的应力腐蚀行为关矞心【摘要】采用慢应变速率拉伸实验方法，研究了高温高压水环境中pH值对316L 不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律，并通过扫描电镜对试样断口形貌进行分析。

结果表明：在300℃时，316L不锈钢在酸性和碱性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较大，且酸性越强，敏感性越大。

在中性溶液中，316L不锈钢的强度和塑性损失较小，应力腐蚀敏感性较小，断口分析与之吻合。

%In a simulated primary circuit of PWR environment, the effect of temperature on stress corrosion cracking (SCC) of 316L stainless steel in high-pressure water was investigated using slow strain rate tests (SSRT). And the fracture morphology of specimens was analyzed with the aid of scanning electron microscopy (SEM).It is show that 316L stainless steel exhibits a high susceptibility to SCC in weak alkaline and acidic solutions at 300℃,and the susceptibility increases by decreasing the pH value of the solution. In neutral solutions both the strength and toughness of 316L stainless steel display a limited loss, indicating that 316L stainless steel has a low susceptibility toSCC.Fractography analysis is also consistent with these conclusions.【期刊名称】《全面腐蚀控制》【年(卷),期】2016(030)009【总页数】5页(P63-67)【关键词】不锈钢;应力腐蚀开裂;腐蚀;拉伸试验【作者】关矞心【作者单位】苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 215004【正文语种】中文【中图分类】TG172.82奥氏体不锈钢316L具有很好的机械性能和耐蚀性，是压水堆核电站一回路主管道和堆内构件、驱动机构等关键设备的主要材料之一，但因其在高温水环境中具有应力腐蚀开裂敏感性，因此不锈钢在服役环境中的性能成为研究的重点。

关注碱性应力腐蚀开裂

关注碱性应力腐蚀开裂

关注碱性应力腐蚀开裂碱溶液中的腐蚀在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。

随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。

考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。

读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。

相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。

一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。

碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。

对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。

不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。

由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。

200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。

合金抗碱溶液腐蚀的能力碳钢和低合金钢任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。

当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。

碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。

氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。

图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。

铁素体不锈钢高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。

根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。

由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。

据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。

对应力腐蚀开裂敏感的材料

对应力腐蚀开裂敏感的材料

对应力腐蚀开裂敏感的材料选择性腐蚀指合金中某种比较活泼组元在溶液中优先溶解,导致材料强度下降遭到破坏的腐蚀现象。

二元或者多元合金在电解质溶液中，较贵电位较正金属组分为阴极，较便宜电位较负金属组分为阳极，构成腐蚀原电池。

此时，作为阴极相的较贵金属组分保持稳定或者溶解后重新沉淀，作为阳极相的较便宜金属组分则发生阳极性溶解，故又称作成分选择性腐蚀。

例如黄铜脱锌、灰口铸铁的石墨化腐蚀、铝青铜合金的脱铝腐蚀、硅青铜合金的脱硅腐蚀、钴-钨合金的脱钴腐蚀等。

微生物腐蚀在微生物生命活动参与下所发生的金属腐蚀成为微生物腐蚀。

在土壤、天然气和天然石油产品等多种环境中存在着微生物活动，微生物的生命活动直接或者间接地参与金属的腐蚀过程，加速了材料的破坏。

应力腐蚀破裂拉伸应力和腐蚀介质协同作用下产生的金属腐蚀成为腐蚀。

往往表现为材料脆性开裂或者断裂，故又称为应力腐蚀开裂或者应力腐蚀断裂。

发生应力腐蚀开裂需要具备三个基本条件，即对应力腐蚀开裂敏感的材料‘特定的环境介质和拉伸应力。

黄铜的氨脆也称为季裂、锅炉钢的碱脆、低碳钢的硝脆、奥氏体不锈钢的氯脆等都是典型的应力腐蚀开裂案列。

腐蚀疲劳(CF) 在重复的交变应力和腐蚀介质协同作用下产生的金属腐蚀称为腐蚀疲劳。

这也是一种脆性断裂破坏，比单纯的腐蚀破坏、单纯交变应力引起的纯疲劳破坏以及它们两者之间的叠加要严重得多。

如在船舶推进器、涡轮及涡轮叶片、汽车弹簧和轴、泵轴和泵杆、矿山缆绳等方面经常出现腐蚀疲劳破坏。

磨损腐蚀在金属表面与其周围环境介质发生相对运动时，相对运动造成的磨损与腐蚀协同作用所引起的破坏称为磨损腐蚀，也称为磨耗腐蚀。

当相对运动的动态组元是环境介质中的气体、液体或古有悬浮固体颗粒或气泡的液体时，机械力和电化学的共同作用可造成冲击腐蚀（冲蚀）、空泡腐蚀（汽蚀）和湍流腐蚀等。

当其动态组元为材料或结构件的固体时，机械力和氧化（腐蚀）的共同作用则产生微动磨蚀。

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关注碱性应力腐蚀开裂
碱溶液中的腐蚀
在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。

随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。

考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。

读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。

相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。

一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。

碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。

对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。

不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。

由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。

200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。

合金抗碱溶液腐蚀的能力
碳钢和低合金钢
任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。

当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。

碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。

氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。

图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。

铁素体不锈钢
高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。

根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。

由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。

据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。

据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。

基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。

然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊
接韧性和在高温下的低强度。

因此，它们不能正常的应用
于压力容器。

奥氏体不锈钢
研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度
和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀
开裂。

图3显示了所开发的图。

1mpy的等蚀线在大约100°
C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮
廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。

300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能
会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察
到了。

因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。

对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。

在更高的温度下将会产生碱性开裂。

300系列不
锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。

双相不锈钢
双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的
能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。

具
有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金，
抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。

据报道，2205
不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。

高含镍量的奥氏体不锈钢
高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利
和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。

与300系列不锈钢相比较，这些合
金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。

镍合金
在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。

400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。

当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。

镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
温度下，也会对腐蚀开裂敏感。

图4显示了镍和镍合金的应力腐蚀开裂范围。

图 1：氢氧化钠环境下的碳钢使用图
图 2：碳钢的应力腐蚀开裂（MSR的照片）
图 3：300系列不锈钢碱性应力腐蚀的敏感区域
图 4：镍和其他合金的碱性应力腐蚀范围（2008年11月）。