应力腐蚀电化学方法
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1.应力腐蚀的机理:阳极溶解和氢致开裂机理阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀,而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。
以不锈钢为例,增加介质中Cl-含量,降低介质中O2含量及pH值,都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动,这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。
应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展,这两种力学效应都可破坏钝化膜,从而使阳极过程得以恢复,促进局部腐蚀。
钝化膜破坏以后,可以再钝化。
若再钝化速度低于钝化膜破坏速度,则应力与腐蚀协同作用,便发生应力腐蚀断裂。
氢致开裂机理或称氢脆机理,是应力腐蚀断裂的第二种机理。
这种机理承认SCC必须首先有腐蚀,但是,纯粹的电化学溶解,在很多情况下,既不易说明SCC速度,也难于解释SCC的脆性断口形貌。
氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池,局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值,这是满足阴极反应放氢的必要条件。
这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。
这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。
高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2.应力腐蚀开裂的断口形貌:穿晶断口开裂图3.氢鼓泡产生机理,文字图通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核.图5 氢鼓泡形核、长大示意图(a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4.氢进入金属材料的途径P1295.氢致脆断类型:可逆和不可逆,第一类和第二类6.第一类氢脆里的三种形式:氢腐蚀,氢鼓泡、白点,氢化物型氢脆7.第二类氢脆两种形式:应力诱发氢化物型氢脆,可逆氢脆8.氢脆的特征:氢蚀,白点宏观断口形貌9.氢的延迟断裂,氢致开裂过程10.氢致脆断的断口形貌特征P13111.减少氢脆倾向的途径:降低内氢的措施,降低环境氢的活性12.氢脆的特点(1)实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是,当施加一小的阳极电流,如使开裂加速,则为应力腐蚀,而当施加一小阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。
7075铝合金应力腐蚀敏感性的S SRT 和电化学测试研究刘继华l !李荻2!朱国伟2!刘培英21.上海工程技术大学材料工程学院 上海2003362.北京航空航天大学材料科学与工程学院 北京100083 摘要"采用慢应变速率试验 SSRT 研究了7075铝合金的应力腐蚀行为 试验结果表明 外加阳极极化和阴极极化都能增加7075铝合金的应力腐蚀敏感性 即使在弱极化情况下也能显著增加合金的应力腐蚀敏感性 但是 外加极化对于不同热处理状态的7075铝合金 其应力腐蚀敏感性增加的程度不同 电极极化对T 6状态合金的SCC 敏感性的影响显著 而对RRA 和T 7351状态合金的影响较轻微 随着拉伸应力的增加 7075-RRA 铝合金的阳极极化曲线略向正移 滞后环面积扩大 但并不显著 关键词"应力腐蚀 慢应变速率拉伸 7075铝合金中图分类号"TG 172.9文献标识码"A 文章编号"1005-748X 2005 01-0006-04STRESS CORROS I ON SUSCEPT I B I L I TY OF 7075AL U I NU ALLOYSTUD I ED BY SSRT AND ELECTROC E I CAL TESTSLI U Ji-hua l2LI D i 2 ZHU GuO-wei 2 LI U Pei-y i n g 21.S chOOl Of ateri als En g i neeri n g Shan g hai Uni versit y Of En g i neeri n g S ci ence Shan g hai 2003362.S chOOl Of ateri als S ci ence and En g i neeri n g Bei i n g Uni versit y Of A er Onautics and A str Onautics Bei i n g 100083 Chi naAbstract The stress cOrr Osi On cracki n g SCC behavi Our Of 7075al u m i nu m all O y Was st udi ed usi n g sl O W strai nrate test SSRT techni C ue .The eX p eri m ental results shO W t hat t he SCC susce p ti bilit y Of 7075al u m i nu m all O y WOul d i ncrease i n anOdic Or cat hOdic p Ol arizati On even under a Weak p Olarizati On .O Wever t he eXtent Of i ncrease Was diff erent a mOn g t he all O y s W it h vari Ous heat treat m ent states .FOr eXa m p le p Ol arizati On had Weaker eff ect On SCC Of 7075-RRA and 7075-T 7351all O y s t han On SCC Of 7075-T 6all O y .W it h t he i ncrease Of stress t he p Olarizati On cur ve Of 7075-RRA all O y sli g htl y mOved t O p Ositi ve directi On and t he areas Of reverse circl e i ncreased .Ke y wOrds S tress cOrr Osi On S l O W strai n rate test 7075al u m i nu m all O yl 引言7075铝合金具有高强度和低密度 是航空航天器件的优良结构材料 任何结构材料都必须考虑其强度 韧性 特别是耐应力腐蚀特性 1~4应力腐蚀试验常用慢应变速率拉伸 SSRT 设备进行 SS -RT 技术是由R.N.Par ki ns 发展起来的 用作将材料-环境体系的SCC 敏感性进行快速分类的实验室工具 W -T.T sai 等 5在中性3.5 Na C l 溶液中进行SSRT 试验结果表明短横取向7050-T7451合收稿日期"2004-03-25 修订日期"2004-06-24基金项目"国家重点基础研究发展规划项目 G 1999064909-3金的SCC 敏感性最大 R.B raun 6的SSRT 试验结果表明 在人工海水中 7050-T 651合金在应变速率小于10-6 s 时SCC 最敏感 S. aitra 7认为SSRT 技术能作为铝合金更准确的SCC 测试方法由于在应力腐蚀过程中 总是存在或大或小的应力和电化学反应 研究力学与电化学之间的交互作用及其对应力腐蚀的影响对深入研究应力腐蚀机理是十分必要的本文通过测试不同热处理状态7075铝合金在不同恒电位极化条件下的应力腐蚀行为以及不同应力条件下的极化曲线 研究了7075铝合金应力腐蚀过程中的力学与电化学作用的相互影响 初步探讨了该合金的应力腐蚀机制6 第26卷第1期2005年1月腐蚀与防护CORROS I ON PROTECT I ONVOl .26NO .1Januar y 20052材料及试验2.l材料及热处理试验用材料为76mm厚的7075铝合金板材9化学组分()25.85Zn92.57g91.50Cu90 16Fe9 0 06S i90.05n90.21C r90.02T i9其余为A l O7075铝合金的供货热处理状态为T7351O峰时效T6热处理2先将7075-T7351在465固溶30m i n9用冷水淬火9然后在120时效24h9再空冷O回归再时效(RRA)热处理2将7075-T6在203回归10m i n9然后在120时效24h9空冷O 2.2慢应变速率拉伸试验用工作段标距长20mm\直径4mm的圆矩形试样进行SSRT测试O试样取样方向为短横(S-T)向O试样用1200#砂纸打磨9然后用丙酮清洗9再用蒸馏水清洗并吹干9用氯丁橡胶封闭非工作段表面O 安装好试样后施加约150N的预加载荷以消除减速齿轮\夹具等的间隙O用记录仪记录整个应力腐蚀拉伸断裂过程O拉伸应变速率为9.68 10-7/s O 试验所用的介质环境为干燥空气和3.5Na C l溶液O测试时9试液温度为351O3结果与讨论3.l极化电位对应力腐蚀行为的影响本文选取了自腐蚀电位和五个有代表性的阴极极化电位与阳极极化电位9即-1200mV\ -800mV\-765mV\-735mV\-720mV9分别在这些恒极化电位条件下进行应力腐蚀研究O在自腐蚀电位和恒极化电位-1200mV\ -800mV\-765mV\-735mV\-720mV条件下对7075-T6\7075-T7351和7075-RRA三种热处理状态合金进行慢应变速率拉伸9其拉伸曲线分别见图1\图2和图3O从图1~3可以看出9在3.5 Na C l溶液中9三种热处理状态的7075铝合金9其自腐蚀电位下的应力腐蚀敏感性明显低于恒电位极化时的应力腐蚀敏感性O这可能是由于在阴极极化(-1200mV9 -800mV)时9拉伸试样上发生阴极析氢反应9析出的氢会通过扩散进入合金内9可能产生氢效应而增加SCC敏感性9当极化电位向阳极方向移动时9拉伸试样上发生阳极溶解反应并逐渐强化9从而加速了腐蚀裂纹的扩展9促进铝合金断裂O因而试验结果表现出阴\阳极极化都能加速应力腐蚀9只是对于不同热处理状态的7075铝合金9应力腐蚀的加速程图17075-T6铝合金在3.5 Na C l溶液中9不同恒极化电位下的SSRT拉伸曲线a.干燥空气中b.自腐蚀电位下c.-1200mVd.-800mVe.-765mVf.-735mVg.-720mV图27075-T7351铝合金在3.5 Na C l溶液中9不同恒极化电位下的SSRT拉伸曲线(图例同图1)图37075-RRA铝合金在3.5 Na C l溶液中9不同恒极化电位下的SSRT拉伸曲线(图例同图1)度存在差异O另外9图中曲线e的极化电位与自腐蚀电位接近9处于很微弱的极化范围9且对不同试样9在不同的腐蚀时间可能是阳极极化也可能是阴极极化9所以该试验结果表明9即使微小的极化作用(即微小的外电场或外电流)都会不同程度地增加SCC敏感性及促进SCC断裂O也就是说9外加极化不论是促进了阳极溶解还是促进了阴极析氢反应及其导致的氢效应9都有可能促进应力腐蚀9从而增加了应力腐蚀敏感性O可见9试图通过阴极极化或阳极极化使7075铝合金免遭应力腐蚀的方法是不可行的9至少在-1200mV到-720mV的极化电位范*7*围内不适用O7075-T 6\RRA 和T 7351三种热处理状态合金9在上述恒极化电位以及自腐蚀电位条件下的应力腐蚀指数见图4O 图4中曲线a \b \c 分别为T 6\RRA 和T 7351三种热处理状态7075铝合金SSRT 拉伸时的应力腐蚀指数ISSRT与自腐蚀电位波动范围之间的关系曲线9其余曲线则是应力腐蚀指数ISSRT与极化电位之间的关系曲线O图47075铝合金在自腐蚀电位和不同恒极化电位下的应力腐蚀指数(其中a 为T 6状态合金在波动自腐蚀电位范围的应力腐蚀指数9b 为RRA 状态的9c 为T 7351状态的)从图4可以更清楚地看出9无论哪一种热处理状态的7075铝合金9在3.5 Na C l 溶液中的极化电位条件下进行SSRT 拉伸所得到的应力腐蚀指数I SSRT 均明显高于自腐蚀电位条件下SSRT 拉伸所得到的应力腐蚀指数I SSRT O不论对于哪一种热处理状态的7075铝合金9阴极极化所导致的应力腐蚀指数ISSRT增加幅度总体上均小于阳极极化对应力腐蚀的增加幅度9在阴极极化区域9随着阴极极化的增强97075-T 6铝合金的应力腐蚀指数ISSRT值缓慢降低并趋近于自腐蚀电位下的应力腐蚀指数ISSRT值9而另外两种热处理状态铝合金的应力腐蚀指数ISSRT值几乎没有变化9在阳极极化区域9应力腐蚀指数ISSRT值随着阳极极化电位的正移而增大9但当极化电位正于-735mV 时97075-T 6和7075-T 7351两种状态铝合金都出现应力腐蚀指数I SSRT 值降低的现象9由于没有进行更正极化电位条件下的应力腐蚀试验9因此9尚不能肯定在更正的极化电位条件下9合金的应力腐蚀指数ISSRT值是否会继续下降或出现波动现象O上述结果表明9阴极极化对7075铝合金应力腐蚀指数ISSRT值的影响比较简单9可能是因为此时只有氢效应成为应力腐蚀敏感性的主要影响因素9其影响的显著程度则主要取决于合金微观结构对氢效应的敏感程度8~10O 当阳极极化时9合金的应力腐蚀敏感性同时受金属的阳极溶解和氢效应的影响9但以阳极溶解为主O 应力腐蚀过程中阳极溶解的影响比较复杂9在应力腐蚀裂纹内9裂尖(或蚀孔底部)形状和阳极溶解这两个因素既可能促进应力腐蚀裂纹的扩展9又可能因较强的阳极腐蚀溶解而使裂尖拓宽9平滑的裂尖难以形成应力集中9因此减缓甚至抑制裂纹扩展9所以9合金的应力腐蚀指数I SSRT值并不随阳极极化电位的正移而单调地增加O从上述分析可知9与自腐蚀条件相比9外加极化都将提高7075铝合金的应力腐蚀敏感性9即使在弱极化情况下也能显著提高合金的应力腐蚀敏感性9因此9采用外加极化的方法保护合金免遭应力腐蚀是危险的9研制新型缓蚀剂或先进的表面处理方法将是避免铝合金应力腐蚀的合理途径O 对于不同热处理状态7075铝合金9外加极化电位对应力腐蚀敏感性的影响程度不同是因为合金本身的微观结构存在差异O3.2应力对极化曲线的影响以7075-RRA 铝合金作为研究对象9试验用试样为圆棒形9工作段标距20mm 9直径4mm O 腐蚀介质为3.5 的Na C l 溶液9测试时介质温度35 O用动电位扫描法测试铝合金试样加载到一定应力时的极化曲线O 扫描速度为10mV m i n O 回扫电流密度为100卜A c m 2O采用手动快速加载97075-RRA 铝合金在无应力\93 Pa 拉伸应力和233 Pa 拉伸应力状态下的动电位扫描阳极极化曲线见图5O 尽管曲线的变化不太显著9但可以观察到9随着拉伸应力的增加(从曲线a 到c )97075-RRA 的阳极极化曲线有正向偏移的趋势9且其钝化膜的破裂电位略有提高O图57075-RRA 铝合金在3.5 Na C l 溶液中不同拉伸应力时的动电位扫描极化曲线(a 为无应力条件下9b 为93 Pa 拉伸应力9c 为233 Pa 拉伸应力)从图5还可观察到9拉伸应力增加时9滞后环的面积趋于增大9表明点蚀扩展程度增大9有利于应力.8.腐蚀裂纹的扩展由此可见拉应力的增加会使7075铝合金的破裂电位和滞后环面积增大点蚀萌生敏感性减小而蚀点是腐蚀电化学作用导致的裂纹源因此这可能对SCC裂纹萌生有抑制作用较大的滞后环面积说明一旦发生蚀孔就易于扩展即有利于裂纹扩展而且蚀孔闭塞区内p值下降会增加氢的析出也有利于裂纹的扩展11~14对于7075-RRA铝合金拉伸应力对极化动力学曲线的影响是显而易见的可以把这种影响称为力学-电化学作用力学-电化学腐蚀的作用在铝合金表面上缺陷及裂纹等各种应力集中的区域会得到加强将引起腐蚀的不均匀性并强化局部腐蚀其主要特征是腐蚀过程主要集中在应力腐蚀裂纹尖端提高腐蚀裂纹扩展速度从上述试验结果的分析可以得出如下规律外加应力使7075-RRA铝合金的阳极极化曲线略微正移并使其滞后环面积略有增大表明外加应力对7075-RRA铝合金的电化学腐蚀过程有一定影响但这种影响并不显著这种拉伸应力对极化曲线的影响是一种力学-电化学效应虽然很弱但有可能在铝合金的缺陷及裂纹等应力集中区域会得到加强并强化应力腐蚀裂纹尖端的局部腐蚀从而提高腐蚀裂纹扩展速度4结论1外加阳极极化和阴极极化都将增加7075铝合金的应力腐蚀敏感性即使在弱极化情况下也能显著增加合金的应力腐蚀敏感性因此采用外加极化的方法保护合金免遭应力腐蚀是危险的2外加极化对于不同热处理状态7075铝合金应力腐蚀的影响规律基本相同即极化电位正向移动时应力腐蚀敏感性增加但是不同热处理状态的7075铝合金其应力腐蚀敏感性增加的程度不同电极极化对T6状态合金的SCC敏感性的影响显著而对RRA和T7351状态合金的影响较轻微3随着拉伸应力的增加7075-RRA铝合金的阳极极化曲线略向正移滞后环面积扩大但并不显著参考文献!1F leck P Caller Os D adsen et al.Retr O g ressi On and rea g i n g Of7075T6al u m i nu m all O y A.ater S ciFOr u m C.SW izerl and2000T rans T ech Publica-ti Ons2000.649~654.2T sai T C Chan g J C Chuan g T .S tress cOrr Osi On cracki n g Of su p er p l asticall y f Or m ed7475al u m i nu m al-l O y J.etall ater T rans A199628A102113~2121.3RObi nsOn J S Cudd R L.E l ectrical cOnducti vit y vari a-ti Ons i n X209680907010and an eX p eri m ental al u-m i ni u m lit hi u m all O y A.ater S ci FOr u m C.2000331~337971~976.4COO p er K R YOun g L G an g l Off R P et al.The e-lectr Ode p Otenti al de p endence Of envir On m ent-assisted cracki n g Of AA7050A.ater S ci FOr u m C.2000331~3371625~1634.5T sai W T Duh J B Yeh J J et al.E ff ect Of p On stress cOrr Osi On cracki n g Of7050-T7451al u m i nu m all O y i n3.5Na C l sOl uti On J.COrr Osi On199046444~449.6B raun R.S l O W strai n rate testi n g Of al u m i nu m all O y 7050i n diff erent te m p ers usi n g vari Ous s y nt hetic envi-r On m ents J.COrr Osi On199753467~474.7aitra S.D eter m i nati On Of stress cOrr Osi On cracki n g OfA l-Cu-g all O y s b y sl O W strai n rate and alter nate i m-m ersi On testi n g J.COrr Osi On19813798~103.8A lten p Ohl D.A l u m i nu m vi e Wed f r O m W it hi n.Dussel dOrf A l u m i ni u m-V erl a g Gmb1982.79~91. 9asse K R DOr War d R C.LOn g-ter m m ari ne at mOs-p heric stress cOrr Osi On tests On hi g h-stren g t h A l Zn-g Cu all O y s J.COrr Osi On198642663~669.10DOr War d R C asse K R.On tensil e p r O p erti es and SCC resistance Of A l-Zn-g-Cu s y ste m all O y s J.COrr Os S ci198222251~257.11aitra S.D eter m i nati On Of stress cOrr Osi On cracki n g Of A l-Cu-g all O y s b y sl O W strai n rate and alter natei mm ersi On testi n g J.COrr Osi On19813798~103. 12X i aO m ei L i S tari nk J.Anal y sis Of p reci p itati On and dissOl uti On i n Overa g ed7XXX al u m i nu m all O y s u-si n g DSC A.ater S ci FOr u m C.2000331~3371071~1076.13R i Onti nO G Abis S en g ucci P.DSC i nvesti g ati On Of nat ural a g ei n g i n hi g h-cO pp er A l Cu g all O y s A.ater S ci FOr u m C.2000331~3371025~1030. 14U g uz A arti n J W.The eff ect Of retr O g ressi On and re-a g ei n g On t he ductil e f ract 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腐蚀电化学实验报告 Final revision by standardization team on December 10, 2020.腐蚀电化学分析杨聪仁教授编撰一、实验目的以电化学分析法测量金属在不同环境下的腐蚀速率。
二、实验原理2-1 腐蚀形态腐蚀可被定义为材料受到外在环境的化学侵蚀而导致退化的象。
大多数材料的腐蚀包含了由电化学引起的化学侵蚀。
我们可根据被腐蚀金属的表面,简便地将腐蚀型态分类,如图一。
有许多类型易被辨识,但各种腐蚀类型彼此间都有某种程度的关连。
这些类型包括:均匀或一般侵蚀腐蚀应力腐蚀化学或两金属腐蚀冲蚀腐蚀孔蚀腐蚀涡穴损伤间隙腐蚀移擦腐蚀粒间腐蚀选择性腐蚀均匀或一般侵蚀腐蚀均匀腐蚀是指当金属处于腐蚀环境时,金属整个表面会同时进行电化学反应。
就重量而言,均匀腐蚀是金属所面临的最大腐蚀破坏,尤其是对钢铁来说。
然而,它很容易藉由保护性镀层、抑制剂及阴极保护等方法来控制。
化学或两金属腐蚀由于不同金属具有不同的电化学电位,因此当要将不同金属放在一起时,必须格外小心,以免产生腐蚀现象。
两金属化学腐蚀的另一个重要考虑因素是阳极与阴极的比率,也就是面积效应(area effect)。
阴极面积大而阳极面积小是一种不利的面积比率,因为当某特定量的电流经过金属对时,例如不同尺寸的铜极及铁极,小电极的电流密度会远大于大电极,因此小阳极将会加速腐蚀。
所以大阴极面积对小阳极面积的情形应尽量避免。
孔蚀腐蚀孔蚀是会在金属上产生空孔的局部腐蚀类型。
此类型的腐蚀若造成贯穿金属的孔洞,则对工程结构会有相当的破坏效果。
但若没有贯穿现象,则小蚀孔有时对工程设备而言是可接受的。
孔蚀通常是很难检测的,这是因为小蚀孔常会被腐蚀生成物覆盖所致。
另外蚀孔的数目及深度变化也很大,因此对孔蚀所造成的破坏不太容易做评估。
也因为如此,由于孔蚀的局部本质,它常会导致突然不可预测的破坏。
蚀孔会在腐蚀速率增加的局部区域发生。
金属表面的夹杂物,其他结构不均匀物及成份不均匀处,都是蚀孔开始发生的地方。
酸性环境的定义权威的酸性环境定义来自美国腐蚀工程师协会标准NACE MR0175“油田设备抗硫化物应力开裂金属材料要求标准”。
我国原石油部标准SYJ 12—85“天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求”中,也沿用了NACE MR0175对酸性环境的定义。
一般来说,在含有水和硫化氢的天然气中,当气体中的硫化氢分压等于或大于0.000 35 MPa,称为天然气系统的酸性环境。
该酸性环境的定义是针对金属材料发生硫化物应力开裂(SSC)这种腐蚀形态来划分的。
在酸性环境的成分中,主要强调的是水、系统总压及H2S分压,而在这种溶液中,同时存在氢致开裂(HIC),电化学腐蚀(均匀腐蚀和局部腐蚀)等形态腐蚀的可能性。
应在压力容器设计中予以注意。
但在上述的酸性环境定义中,并未考虑到其他环境条件对SSC的作用,如pH值。
在欧洲联盟16号腐蚀公报“油气生产含H2S环境中碳钢和低合金钢材料要求指南”中,将pH值作为酸性环境划分的一个重要参数,见图1。
这已得到各国腐蚀界的重视和认同。
图1新的酸性环境划分图1.非酸性环境;2.过渡区;3.酸性环境酸性环境中的主要腐蚀类型及实例酸性环境中的腐蚀主要分为以下三类:1)硫化物应力开裂(SSC)。
金属材料在拉应力或残余应力和酸性环境腐蚀的联合作用下,易发生低应力且无任何预兆的突发性断裂,称作硫化物应力开裂(SSC),这是酸性环境(又称为湿硫化氢环境)中破坏性和危害性最大的一种腐蚀。
2)氢致开裂(HIC)。
酸性环境中的钢材常因腐蚀产生原子态氢, 由于H2S介质的存在,阻滞了氢原子结合生成H2分子,促进了原子氢向钢材中的扩散,在夹杂物或其他微观组织结构的不连续区域聚集成氢分子,并产生很高的压力,形成HIC(又称为阶梯形裂纹SWC)。
HIC常见于延性较好的低、中强度的管线用钢和容器用钢。
其特点:一是它可以在甚至没有拉伸应力附加的情况下发生(而SSC在一定的应力水平下才发生),也不是象SSC那样具有突发性;二是HIC表现为阶梯裂纹。
应力腐蚀试验标准和应力腐蚀试验机在日常生活中,腐蚀现象随处可见,因为腐蚀而造成的材料失效比比皆是。
现在,研究材料在腐蚀介质环境(或称作氛围)中材料对介质的敏感性以及在腐蚀介质中裂纹扩展速率显得尤为重要,作为材料研究者或者材料应用者,应对材料的这种耐腐蚀特性需要仔细研究,以确保材料的合理使用,最优使用。
掌握材料的应力腐蚀试验方法、试验标准也非常重要。
通常,材料的耐腐蚀特性主要通过以下几种试验确定:1. 慢应变速率应力腐蚀试验,通常也叫做慢拉伸试验;2. 材料应力腐蚀疲劳试验;3. 材料腐蚀试验;这三种试验通常采用慢应变速率应力腐蚀试验机,腐蚀疲劳试验机,腐蚀环境试验箱三种设备完成。
需要提醒用户的是:慢应变速率应力腐蚀试验机可以和应力腐蚀疲劳试验机集成在一套设备上完成,而不必搞成两套设备完成。
作为材料研究单位,因为一种材料往往面临在很多介质条件下工作的可能性,所以,介质环境的准备、不同的介质、不同的温度对试验容器将会提出不同的要求,包括安装位置,所以用户在采购这类设备的时候一定要对这些条件明晰,以采购到合适的设备。
百若仪器为用户提供的采用集中加载单元的FCC-50型多功能裂纹扩展速率试验机,即可完成慢拉伸试验、应力腐蚀疲劳试验。
希望以下的标准对用户的应力腐蚀试验起到一定的帮助作用。
GB/T 13671-1992 不锈钢缝隙腐蚀电化学试验方法GB/T 15748-1995 船用金属材料电偶腐蚀试验方法GB/T 10119-1988 黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定GB/T 10123-2001 金属和合金的腐蚀 基本术语和定义GB/T 10126-2002 铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法GB/T 10127-2002 不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验方法GB/T 15970.2-2000 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第2部分:弯梁试样的制备和应用GB/T 15970.4-2000 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第4部分:单轴加载拉伸试样的制备和应用GB/T 15970.5-1998 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第5部分:C型环试样的制备和应用GB/T 15970.6-1998 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第6部分:预裂纹试样的制备和应用GB/T 15970.7-2000 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第7部分:慢应变速率试验GB/T 16482-1996 荧光级氧化钇铕GB/T 16545-1996 金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除GB/T 17897-1999 不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法GB/T 17898-1999 不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法GB/T 17899-1999 不锈钢点蚀电位测量方法GB/T 18590-2001 金属和合金的腐蚀 点蚀评定方法GB/T 19291-2003 金属和合金的腐蚀 腐蚀试验一般原则GB/T 19292.1-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 分类GB/T 19292.2-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 腐蚀等级的指导值 GB/T 19292.3-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 污染物的测量GB/T 19292.4-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 用于评估腐蚀性的标准试样的腐蚀速率的测定GB/T 2526-1996 氧化钆GB 5776-1986 金属材料在表面海水中常规暴露腐蚀试验方法 GB/T 19747-2005 金属和合金的腐蚀 双金属室外暴露腐蚀试验 GB/T 19746-2005 金属和合金的腐蚀 盐溶液周浸试验GB/T 15970.8-2005 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第8部分 焊接试样的制备和应用GB/T 5776-2005 金属和合金的腐蚀 金属和合金在表层海水中暴露和评定的导则GB/T 13448-2006 彩色涂层钢板及钢带试验方法GB/T 20121-2006 金属和合金的腐蚀 人造气氛的腐蚀试验 间歇盐雾下的室外加速试验(疮痂试验)GB/T 20122-2006 金属和合金的腐蚀 滴落蒸发试验的应力腐蚀开裂评价GB/T 20120.1-2006 金属和合金的腐蚀 腐蚀疲劳试验 第1部分:循环失效试验GB/T 8650-2006 管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法GB/T 20120.2-2006 金属和合金的腐蚀 腐蚀疲劳试验 第2部分:预裂纹试样裂纹扩展试验GB/T 4157-2006 金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验 JB/T 7901-1999 金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法GB/T 19745-2005 人造低浓度污染气氛中的腐蚀试验GB/T 10126-1988 铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法GB/T 10127-1988 不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验方法GB/T 8152.11-2006 铅精矿化学分析方法 汞量的测定 原子荧光光谱法GB/T 8152.12-2006 铅精矿化学分析方法 镉量的测定 火焰原子吸收光谱法GB/T 8152.4-2006 铅精矿化学分析方法 锌量的测定 EDTA滴定法GB/T 8152.7-2006 铅精矿化学分析方法 铜量的测定 火焰原子吸收光谱法GB/T 8152.9-2006 铅精矿化学分析方法 氧化镁的测定 火焰原子吸收光谱法YB/T 5344-2006 铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法 YB/T 5362-2006 不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法GB/T 15970.6-2007 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第6部分:恒载荷或恒位移下的预裂纹试样的制备和应用GB/T 15970.9-2007 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第9部分:渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用GB/T 20852-2007 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀防护方法的选择导则GB/T 20853-2007 金属和合金的腐蚀 人造大气中的腐蚀 暴露于间歇喷洒盐溶液和潮湿循环受控条件下的加速腐蚀试验GB/T 20854-2007 金属和合金的腐蚀 循环暴露在盐雾、“干”和“湿”条件下的加速试验SL 105-2007 水工金属结构防腐蚀规范(附条文说明)关键词:应力腐蚀试验标准,金属合金的应力腐蚀试验,腐蚀疲劳试验研究不同材料的应力腐蚀试验标准,可以帮助材料研究者更好的开发新的材料,应对材料更多的使用环境。
点蚀的理论模型M M e +→+22244O H O e OH -++→点蚀研究方法:1) 电化学方法2) 氯化铁试验法:试验溶液为10%FeCl ·6H2O 溶液,其中稍许加入1/20NHCl 溶液以进行酸化,根据试样的孔蚀数量、大小、深度或是重量的改变来评定。
2 应力腐蚀测试方法1) 四点弯曲法:δ=12Ety/(3L 2-4A 2)L :外侧支点间的距离;A :内外支点间的距离。
2) C 形环法Δ=d 0-d 外径=δπD 2/4EtZ ;3) WOL 试样3/2(3.46 2.38)I Pa H K BH a=+ Δ应力加载前后的外径变化,δ应力值,t 厚度,D 平均直径,Z 修正项,E 弹性系数。
环境脆化机理主要包括活性通道腐蚀机理(APC )和氢脆开裂(HE )。
不足处是没有与裂纹内溶液化学性质的研究结合起来。
不锈钢的开裂主要理论有:1) 吸附理论B 原子吸附于裂纹尖端,造成A-A0之间的结合力下降和破坏。
这个理论能很好的解释SCC 对环境物质的依赖关系以及很好的解释缓蚀剂的作用。
2) 电化学理论应力腐蚀开裂是一种因金属表面阳极溶解而产生的现象,应力有加速阳极溶解的作用。
3) 膜破裂理论应力作用导致膜破裂形成新鲜表面,促进阳极溶解。
4) 隧道腐蚀理论腐蚀从(111)面上生成的蚀孔底部和缝隙部分开始发展,与此同时,在应力的作用下产生塑性破裂,左右隧道相互连接,在应力作用下产生塑性破裂,左右隧道相互连接,最后造成断裂。
5) 腐蚀产物楔入理论裂纹内产生的腐蚀产物的楔入作用造成裂纹的扩展。
6) 氢脆理论奥氏体主要是阳极溶解,但是马氏体容易形成氢脆。
在裂纹尖端有与阳极反应相应的阴极反应,所生成的氢进入钢中。