淺析金屬腐蝕中應力腐蝕基本條件

材料在特定的腐蝕介質中和在靜拉伸應力(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;三在加工制造設備時，要注意消除殘余應力。

幸運的是，SCC的發(fā)生取決于三個條件必須同時達成：

a) 敏感材料。蒼蠅不叮無縫的雞蛋，要生發(fā)生應力腐蝕開裂，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)生應力腐蝕開裂的工況環(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，應力腐蝕開裂是尤其應該注意的問題。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)生應力腐蝕開裂，這是晶體結構決定的。

b) 容易引起應力腐蝕開裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒有導致應力腐蝕開裂的介質也是不會發(fā)生應力腐蝕開裂的，它好比硬幣的AB面。環(huán)境介質也是應力腐蝕開裂的重要條件。

c) 足夠的拉應力。通常認為靜態(tài)拉應力是導致應力腐蝕開裂的充分必要條件。有人會問，那要是交變載荷呢?小編認為可能要歸于腐蝕疲勞了。為什么說發(fā)生應力腐蝕開裂需要足夠的靜態(tài)拉應力呢?因為它需要滿足一個腐蝕狀態(tài)下的臨界應力強度因子。

應力腐蝕開裂在通常結構材料中是比較罕見的，但在海洋、電廠、化工和石油鉆采等領域是非常常見的破壞形式，并且這種失效可能造成的代價是十分巨大的。