應力腐蝕破裂是金屬材料在靜拉伸應力和腐蝕介質共同作用下導致的破壞現象,通常用SCC (Stress Corrosion Cracking)表示。廣義的應(ying)力腐蝕破裂包括氫脆。狹義的應力腐蝕破裂和氫脆的定義分別如下:應力腐蝕破裂是指處于拉應力狀態下的合金,在特定的腐蝕介質中,由于產生局限于合金內某種顯微路徑的陽極溶解(腐蝕)而導致破壞現象;氫脆是指處于拉應力狀態下的合金,由于吸收氫(包括由腐蝕反應生成的氫)而產生的脆性破壞現象。兩者區別是:應力腐蝕破裂是由于定向的陽極溶解而產生的破裂(陽極過程);氫脆是由于陰極吸氫而產生的脆性破壞(陰極過程)。兩者原理示意圖見圖1-8。


圖 8.jpg


  金屬應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)裂(lie)必須(xu)有特(te)定的條件(jian)。處于拉(la)應力狀態下,壓(ya)應力不會(hui)產生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)裂(lie);腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質和(he)材料(liao)的組合上有選(xuan)擇性,在此特(te)定組合以外的條件(jian)下,不產生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)裂(lie);材料(liao)必須(xu)是合金,純金屬一般不產生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)裂(lie)。


  應(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂紋的發(fa)展(zhan)有貫穿晶(jing)粒(li)型(xing)(xing)(叫(jiao)做穿晶(jing)型(xing)(xing)SCC),也(ye)有沿著(zhu)晶(jing)粒(li)邊界的(叫(jiao)做沿晶(jing)型(xing)(xing)SCC),還(huan)有穿晶(jing)和(he)沿晶(jing)的混合型(xing)(xing)。


  裂(lie)(lie)(lie)紋的特征:在(zai)(zai)宏觀上(shang),是起源(yuan)于金屬表面且分布具有明顯的局部性,垂(chui)直于外力或拉應力的裂(lie)(lie)(lie)紋(指主裂(lie)(lie)(lie)紋),裂(lie)(lie)(lie)紋的寬度較(jiao)小(xiao),而擴展(zhan)較(jiao)深;在(zai)(zai)微觀上(shang),裂(lie)(lie)(lie)紋既有主干(gan)又有分支,典(dian)型的金相裂(lie)(lie)(lie)紋多貌(mao)似落葉后的樹干(gan)和(he)樹枝,裂(lie)(lie)(lie)紋尖端(duan)較(jiao)銳利。


  斷(duan)口形貌:應力腐(fu)蝕破裂的宏觀(guan)斷(duan)口多(duo)(duo)呈(cheng)脆性斷(duan)裂;斷(duan)口的微(wei)觀(guan)形貌,穿晶型多(duo)(duo)為準(zhun)解理斷(duan)裂,并常見河(he)流(liu)、扇形、魚骨(gu)、羽(yu)毛等花樣(yang),而沿晶型則多(duo)(duo)為冰糖(tang)塊狀花樣(yang)。


  應力腐蝕破裂影響因素很多,過程比較復雜,因此到目前為止,對不銹鋼(gang)應力腐蝕破裂的機理尚未取得統一的認識。對于奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂,目前傾向于“滑移-溶解-斷裂”學說(又稱為力學化學理論 Mechano-chemical Theory)。


   在介質作用下,鉻鎳奧氏(shi)體不銹鋼表面上存在著借以耐腐蝕的保護膜(鈍化膜)。在拉伸應力作用下,位錯沿著滑移面運動至金屬表面,在表面產生滑移臺階,使表面膜產生局部破裂并暴露出沒有保護膜的裸金屬。有膜與無膜金屬間形成微電池,在介質作用下,作為陽極的裸金屬產生陽極溶解。此時,保護膜的作用不僅為腐蝕過程提供了陰極,而且又使陽極溶解集中在局部區域。顯然,保護膜破裂后,若所暴露的裸金屬一直處于活化腐蝕狀態,則腐蝕必然會同時向橫向發展,于是,裂紋尖端的曲率半徑增大,應力集中程度隨之減小,進而導致裂紋向縱向發展的速度變慢直至最后終止。但是,在實驗室內和應力腐蝕工程事故分析中均可看到,不銹鋼應力腐蝕裂紋尖端非常微細。因此,一般認為,在裸金屬受到腐蝕的同時,還存在一個能阻止腐蝕向橫向發展的過程,才能使裂紋沿縱向發展,此過程就是不銹鋼的再鈍化。因此,滑移-溶解-斷裂模型至少包括表面膜的形成、金屬產生滑移引起表面膜的破裂、裸金屬的陽極溶解和裸金屬的再鈍化等四個過程,這些過程的反復進行,導致不銹鋼的應力腐蝕斷裂。


   至(zhi)于鉻鎳奧氏體不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)晶(jing)間型應力腐蝕,目前(qian)的(de)(de)(de)主(zhu)要見解(jie)有(you):不銹(xiu)鋼晶(jing)粒間界貧鉻區的(de)(de)(de)選(xuan)擇性(xing)溶解(jie)、不銹(xiu)鋼中雜(za)質沿晶(jing)界偏聚而引起(qi)的(de)(de)(de)優先溶解(jie)、不銹(xiu)鋼中晶(jing)界沉淀(dian)相(xiang)本(ben)身的(de)(de)(de)溶解(jie)等。


  應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)是(shi)腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)事(shi)(shi)故(gu)中事(shi)(shi)例(li)最多(duo)的,約(yue)占50%,特(te)別是(shi)焊(han)(han)接(jie)引(yin)起(qi)的內應(ying)力是(shi)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)的主要應(ying)力來源。作為焊(han)(han)接(jie)技(ji)術人員,尤其(qi)要注意(yi)焊(han)(han)接(jie)工程中的應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)問題。


  為了防止應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破(po)(po)裂,首(shou)先(xian)要消(xiao)除或減少(shao)一切應(ying)(ying)力(li),避免應(ying)(ying)力(li)集中;其次要根據介質選(xuan)用(yong)耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破(po)(po)裂的(de)材料,使其不(bu)構成能產生應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破(po)(po)裂的(de)材料與環(huan)境組合。與奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)比較,鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和奧氏體+鐵素(su)體雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在氯化物水溶液中的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)破(po)(po)裂性能要高得多。