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。廣義的應力腐(fu)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。

金屬(shu)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)破(po)(po)裂(lie)必須(xu)有(you)特定的(de)條件。處于拉(la)應(ying)力(li)狀(zhuang)態下,壓(ya)應(ying)力(li)不會產生應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)破(po)(po)裂(lie);腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)介質和材(cai)料的(de)組合上(shang)有(you)選(xuan)擇性,在此特定組合以(yi)外的(de)條件下,不產生應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)破(po)(po)裂(lie);材(cai)料必須(xu)是合金,純金屬(shu)一般(ban)不產生應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)破(po)(po)裂(lie)。
應(ying)力腐蝕裂紋的發展有(you)貫穿晶(jing)粒型(叫(jiao)做穿晶(jing)型SCC),也有(you)沿(yan)著晶(jing)粒邊界(jie)的(叫(jiao)做沿(yan)晶(jing)型SCC),還(huan)有(you)穿晶(jing)和沿(yan)晶(jing)的混合(he)型。
裂(lie)紋的(de)(de)特(te)征:在宏觀(guan)上,是起源于(yu)金(jin)屬表面且分布(bu)具有(you)明(ming)顯的(de)(de)局(ju)部性,垂直于(yu)外力或拉應力的(de)(de)裂(lie)紋(指主裂(lie)紋),裂(lie)紋的(de)(de)寬度較(jiao)小,而擴展(zhan)較(jiao)深(shen);在微(wei)觀(guan)上,裂(lie)紋既有(you)主干(gan)又(you)有(you)分支(zhi),典型的(de)(de)金(jin)相裂(lie)紋多貌似落葉(xie)后的(de)(de)樹(shu)干(gan)和樹(shu)枝,裂(lie)紋尖端較(jiao)銳利。
斷(duan)口形貌:應力腐蝕破(po)裂的宏觀斷(duan)口多(duo)(duo)呈脆性斷(duan)裂;斷(duan)口的微觀形貌,穿晶(jing)型(xing)多(duo)(duo)為準解(jie)理斷(duan)裂,并常見河流、扇形、魚骨、羽毛(mao)等花(hua)樣,而沿晶(jing)型(xing)則多(duo)(duo)為冰糖(tang)塊狀花(hua)樣。
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(bu)銹鋼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,鉻鎳奧氏體不(bu)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。
至于鉻鎳奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的(de)晶間型應(ying)力腐蝕,目(mu)前的(de)主要見解有:不(bu)銹鋼(gang)晶粒間界貧鉻區的(de)選擇(ze)性溶解、不(bu)銹鋼(gang)中雜(za)質(zhi)沿晶界偏聚(ju)而引(yin)起(qi)的(de)優先溶解、不(bu)銹鋼(gang)中晶界沉(chen)淀相(xiang)本(ben)身(shen)的(de)溶解等。
應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂是腐(fu)(fu)蝕破(po)裂事故中事例最多的,約占50%,特(te)別是焊接(jie)引起的內應(ying)力(li)(li)是應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂的主要應(ying)力(li)(li)來源。作為焊接(jie)技(ji)術人員,尤(you)其要注意(yi)焊接(jie)工程中的應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂問題。
為了防(fang)止應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂,首先要消(xiao)除或減(jian)少一(yi)切應(ying)力,避免應(ying)力集中;其次(ci)要根據介(jie)質選用耐(nai)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂的(de)材料,使其不(bu)構成能(neng)產生(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂的(de)材料與環境(jing)組合。與奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)相比較,鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)和奧氏(shi)體(ti)+鐵素體(ti)雙相不(bu)銹鋼(gang)在氯化物水(shui)溶液中的(de)耐(nai)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂性能(neng)要高得多(duo)。

