材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應力(包括外加載荷、熱應力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應力,以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應力等)下,所出現(xiàn)的低于強度極限的脆性開裂現(xiàn)象,稱為應力腐蝕開裂。
應力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑,產(chǎn)生細長的裂縫,且裂縫擴展很快,能在短時間內(nèi)發(fā)生嚴重的破壞。應力腐蝕開裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高,可達50%。
應力腐蝕的產(chǎn)生有兩個基本條件:一是材料對介質(zhì)具有一定的應力腐蝕開裂敏感性;二是存在足夠高的拉應力。導致應力腐蝕開裂的應力可以來自工作應力,也可以來自制造過程中產(chǎn)生的殘余應力。據(jù)統(tǒng)計,在應力腐蝕開裂事故中,由殘余應力所引起的占80%以上,而由工作應力引起的則不足20%。
應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期,在這一階段內(nèi),因腐蝕過程局部化和拉應力作用的結果,使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時期,當裂紋生核后,在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應力的共同作用下,裂紋擴展;第三階段中,由于拉應力的局部集中,裂紋急劇生長導致零件的破壞。
在發(fā)生應力腐蝕破裂時,并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕,甚至腐蝕產(chǎn)物極少,有時肉眼也難以發(fā)現(xiàn),因此,應力腐蝕是一種非常危險的破壞。
一般來說,介質(zhì)中氯化物濃度的增加,會縮短應力腐蝕開裂所需的時間。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)生應力腐蝕的溫度一般在50℃~300℃之間。
防止應力腐蝕應從減少腐蝕和消除拉應力兩方面來采取措施。主要是:一要盡量避免使用對應力腐蝕敏感的材料;二在設計設備結構時要力求合理,盡量減少應力集中和積存腐蝕介質(zhì);三在加工制造設備時,要注意消除殘余應力。
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