淺析金屬腐蝕中應(yīng)力腐蝕基本條件

材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力(包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等)下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的裂縫，且裂縫擴(kuò)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達(dá)50%.

應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生有兩個(gè)基本條件：一是材料對(duì)介質(zhì)具有一定的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性;二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)力可以來(lái)自工作應(yīng)力，也可以來(lái)自制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故中，由殘余應(yīng)力所引起的占80%以上，而由工作應(yīng)力引起的則不足20%。

應(yīng)力腐蝕過(guò)程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因腐蝕過(guò)程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展;第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長(zhǎng)導(dǎo)致零件的破壞。

在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產(chǎn)物極少，有時(shí)肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞。

一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會(huì)縮短應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所需的時(shí)間。不同氯化物的腐蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發(fā)生應(yīng)力腐蝕的溫度一般在50℃~300℃之間。

防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從減少腐蝕和消除拉應(yīng)力兩方面來(lái)采取措施。主要是：一要盡量避免使用對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的材料;二在設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)要力求合理，盡量減少應(yīng)力集中和積存腐蝕介質(zhì);三在加工制造設(shè)備時(shí)，要注意消除殘余應(yīng)力。

幸運(yùn)的是，SCC的發(fā)生取決于三個(gè)條件必須同時(shí)達(dá)成：

a) 敏感材料。蒼蠅不叮無(wú)縫的雞蛋，要生發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，首先得是敏感性的材料。材料具有敏感性給我們的提示是，在一些可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的工況環(huán)境，選材要慎重。如304等奧氏體不銹鋼在含有氯的環(huán)境服役，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是尤其應(yīng)該注意的問(wèn)題。奧氏體不銹鋼是面心立方金屬，面心立方金屬尤其容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，這是晶體結(jié)構(gòu)決定的。

b) 容易引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒(méi)有導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的介質(zhì)也是不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的，它好比硬幣的AB面。環(huán)境介質(zhì)也是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的重要條件。

c) 足夠的拉應(yīng)力。通常認(rèn)為靜態(tài)拉應(yīng)力是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的充分必要條件。有人會(huì)問(wèn)，那要是交變載荷呢?小編認(rèn)為可能要?dú)w于腐蝕疲勞了。為什么說(shuō)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂需要足夠的靜態(tài)拉應(yīng)力呢?因?yàn)樗枰獫M足一個(gè)腐蝕狀態(tài)下的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在通常結(jié)構(gòu)材料中是比較罕見(jiàn)的，但在海洋、電廠、化工和石油鉆采等領(lǐng)域是非常常見(jiàn)的破壞形式，并且這種失效可能造成的代價(jià)是十分巨大的。