應(yīng)力腐蝕開裂是危害性最大的局部腐蝕形態(tài)破壞形式之一,了解應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)及防護(hù)知識(shí)意義重大。在應(yīng)力腐蝕過程中,若有微裂紋形成,其擴(kuò)展速度比其他類型的局部腐蝕速度要快幾個(gè)數(shù)量級(jí),SCC是一種“災(zāi)難性的腐蝕”。如橋梁坍塌、油罐爆炸、管道泄漏、飛機(jī)失事都造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。此外,如鍋爐、船只、核電站、石油化工也都發(fā)生過應(yīng)力腐蝕斷裂的事故。
1、特定組織環(huán)境(特定環(huán)境)
特定組織環(huán)境(包括腐蝕介質(zhì)性質(zhì)、濃度、溫度),特定材料對(duì)于特定的溶液介質(zhì),才能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。例如,奧氏體不銹鋼-cl離子溶液、低合金高強(qiáng)度鋼-潮濕大氣中。
2、材料本身對(duì)SCC的敏感性(敏感材料)
一般情況純金屬不會(huì)發(fā)生SCC,含雜質(zhì)的或者合金才能發(fā)生SCC;高強(qiáng)度合金鋼腐蝕開裂抗力受化學(xué)成分和顯微組織控制;
3、引起應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力(拉應(yīng)力)
(1)加工,制造,熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力;
(2)工作狀態(tài)下構(gòu)件所承受的外加載荷形成的抗力;
(3)溫差引起的熱應(yīng)力;
(4)裝配,安裝形成的內(nèi)應(yīng)力;
(5)裂紋內(nèi)因腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用也能產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展所需要的應(yīng)力;
4、應(yīng)力大小與腐蝕時(shí)間的關(guān)系
一般的有效應(yīng)力(工作應(yīng)力+殘余應(yīng)力)如果低于某一應(yīng)力水平就不會(huì)發(fā)生SCC;應(yīng)力值越大,到達(dá)破壞的時(shí)間越短,越容易產(chǎn)生腐蝕;
1、應(yīng)力腐蝕開裂過程
(1)潛伏期,也叫孕育期或者誘導(dǎo)期;這個(gè)階段為腐蝕引起裂紋或蝕坑階段,在腐蝕部位出現(xiàn)應(yīng)力集中;
(2)裂紋擴(kuò)展期,單位面積所能承受的最大載荷(極限應(yīng)力狀態(tài)),裂紋擴(kuò)張;
(3)快速斷裂期或破裂期,失穩(wěn)純力學(xué)的裂紋擴(kuò)展階段;
2、應(yīng)力腐蝕破裂速度
應(yīng)力腐蝕斷裂的速度約為0.01~3mm/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無應(yīng)力存在下的局部腐蝕,又比純力學(xué)斷裂速度小得多(純力學(xué)斷裂中通常對(duì)應(yīng)力水平要求比較高)
3、應(yīng)力腐蝕裂紋外貌
(1)晶間裂紋;(2)穿晶裂紋;(3)混合型裂紋;
由于應(yīng)力腐蝕涉及到結(jié)構(gòu),應(yīng)力,材料以及材料等方面,因此防止應(yīng)力腐蝕也應(yīng)從這幾個(gè)方面找到防護(hù)措施:
1、降低設(shè)計(jì)應(yīng)力
使最大有效應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度降低到臨界值一下。在常規(guī)設(shè)計(jì)中名義抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度,并未考慮材料中存在的缺陷;但在實(shí)際中必然有各種缺陷,比如原有裂紋、微裂紋以及環(huán)境因素造成的裂紋
2、減少應(yīng)力集中
(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量降低最大有效力;比如增大曲率、關(guān)鍵部位增厚、焊接結(jié)構(gòu)域采用對(duì)接減少應(yīng)力;
(2)采用流線型設(shè)計(jì),使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布趨于均勻,避免過高的峰值;
3、降低材料對(duì)SCC敏感度
采用合理的熱處理方法消除殘余應(yīng)力,或改善合金的組織結(jié)構(gòu)以降低對(duì)SCC的敏感度;例如采用退火處理消除內(nèi)應(yīng)力,高強(qiáng)度鋁合金的時(shí)效處理。
4、合理選材等其他方法
(1)采用高鎳量的奧氏體鋼,可提高抗SCC的性能;
(2)采用陰極保護(hù)可減緩或者阻止SCC;