一、應(yīng)力腐蝕的概念

應(yīng)力腐蝕是指金屬或合金在腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的協(xié)同作用下引起金屬或合金的破裂現(xiàn)象。

應(yīng)力腐蝕的特征是形成腐蝕-一機械裂紋，這種裂紋不僅可以沿著晶間發(fā)展，而且也，可以穿過晶粒。由于裂紋向金屬內(nèi)部發(fā)展，使金屬或合金結(jié)構(gòu)的強度大大降低，嚴重時能使金屬設(shè)備突然損壞。如果該設(shè)備是在高壓條件下工作，將引起嚴重的爆炸事故。微裂紋一旦形成，其擴展速度很快，且在破壞前沒有明顯的預(yù)兆，所以，應(yīng)力腐蝕是所有腐蝕類型中破壞性和危害性最大的一種。

工程上常用的材料，如不銹鋼、銅合金、碳鋼和低合金高強度鋼等，在特定介質(zhì)中都可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，依據(jù)腐蝕條件，可使材料結(jié)構(gòu)在幾分鐘或幾年內(nèi)破壞。常見的應(yīng)力腐蝕的例子有：蒸氣鍋爐鋼的“堿脆”，黃銅的“季裂”，高強度鋁合金的晶間腐蝕破裂，不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂等。

應(yīng)力腐蝕有如下幾個特征：

①必須有應(yīng)力，特別是拉應(yīng)力分量的存在。拉伸應(yīng)力愈大，則斷裂所需的時間越短。

斷裂所需應(yīng)力一般都低于材料的屈服強度。

②腐蝕介質(zhì)是特定的，金屬材料也是特定的，即只有某些金屬與特定介質(zhì)的組合，才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。表5-2列出了一些發(fā)生腐蝕的金屬和介質(zhì)的組合。

二、應(yīng)力腐蝕機理

關(guān)于應(yīng)力腐蝕如何產(chǎn)生，由于因素較為復(fù)雜，目前還無統(tǒng)一的見解。應(yīng)力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期，因腐蝕過程的局部化和拉應(yīng)力的結(jié)果，使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展期，裂紋擴展;在第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長導(dǎo)致材料的破壞。

金屬和合金表面的缺陷部位或薄弱點由于電位比其它部位低，成為活性點，為應(yīng)力腐蝕提供了裂紋核心。如果材料表面已經(jīng)有劃痕、小孔或縫隙存在，它們就是現(xiàn)成的裂紋核心

三、影響應(yīng)力腐蝕的因素

金屬應(yīng)力腐蝕的影響因素主要有，與金屬的組成、組織有關(guān)的內(nèi)因和介質(zhì)種類、濃度、溫度等有關(guān)的外因。

(一)金屬及冶金質(zhì)量

純度極高的金屬，雖然也發(fā)現(xiàn)存在應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，但其敏感性遠低于二元及多元合金。應(yīng)力腐蝕的敏感性也與合金的成分有關(guān)，例如，碳鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性通常隨著碳含量的增加而提高，碳含量為0.12%時達到最大值，進一步增加碳含量，敏感性反而下降。不銹鋼中加人適量的Ni、Al、Si有利于提高鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力。對同一成分的合金，因其微觀組織不同，其應(yīng)力腐蝕敏感性差別很大。例如，經(jīng)固溶處理的硬鋁合金，可以完全消除晶間腐蝕傾向，但卻有十分嚴重的應(yīng)力腐蝕傾向，其主要原因是合金中存在著很大的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)該合金經(jīng)過人工時效處理后，MgZn呈斷續(xù)的聚集狀質(zhì)點分布，合金便具有良好的抗腐蝕性能。

(二)應(yīng)力

金屬的應(yīng)力腐蝕是脆性斷裂過程，裂紋在拉應(yīng)力和介質(zhì)的綜合作用下擴散。應(yīng)力對一些工業(yè)不銹鋼應(yīng)力腐蝕性能的影響。該結(jié)果表明，在外加拉應(yīng)力較小時，曲線與時間軸近于平行，說明應(yīng)力對破裂時間影響不大。隨著外加應(yīng)力的增加，構(gòu)件的破裂時間縮短。

(三)介質(zhì)

1，陰離子濃度的影響

隨著氯化物濃度的增加，不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破壞所需時間縮短。一般認為，MgCl最易引起應(yīng)力腐蝕，不同氯化物的腐蝕作用，是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na+、Li+等離子的順序遞減的。對鎂合金而言，隨著CI-濃度的增加，應(yīng)力腐蝕壽命縮短，而在含有一定量Cr042-的氣化鈉溶液中，合金的SCC壽命縮短。

2，介質(zhì)溫度的影響

一般認為溫度升高，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，但溫度過高由于全面腐蝕而抑制了應(yīng)力腐蝕。不同金屬在一定介質(zhì)中，引起應(yīng)力腐蝕所需的溫度并不相同。鎂合金通常在室溫下便產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕;軟鋼一般要在介質(zhì)的沸騰溫度下才破裂。

四、應(yīng)力腐蝕的防護

合理選材，控制應(yīng)力，控制介質(zhì)及控制電位等方法均可用來避免或減弱應(yīng)力腐蝕，但實際情況千差萬別，這些方法根據(jù)實際情況，既可單獨使用也可綜合使用。

(一)選用耐蝕材料

碳鋼對應(yīng)力腐蝕的敏感性很低，算得上一種耐應(yīng)力腐蝕的材料。例如對海水、鹽水等具有明顯應(yīng)力腐蝕傾向的體系中，其換熱器常用碳鋼制造。近年發(fā)展了多種耐應(yīng)力腐蝕的不銹鋼，主要有高純奧氏體鎳銘鋼、高硅奧氏體鎳銘鋼、高銘鐵素體鋼和鐵素體一奧氏體雙相鋼等，其中以雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能最好。如用Cr18Nil0雙相鋼的彎曲試樣在沸騰的42%MgCl2溶液中做試驗，試件經(jīng)2000h才破裂。雙相鋼在高溫高壓水體系中的抗應(yīng)力腐蝕性能尤其優(yōu)越，同時雙相鋼亦具有抗孔蝕、縫隙腐蝕的性能。

(二)控制應(yīng)力

在設(shè)計金屬設(shè)備結(jié)構(gòu)時要力求合理，盡量減少應(yīng)力集中。對構(gòu)件進行合理的熱加工和熱處理，盡量減少殘余拉應(yīng)力的出現(xiàn)。也可用噴丸處理使金屬表面拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力

(三)減弱介質(zhì)的腐蝕性

鎳銘不銹鋼在含溶解氧的氯化物中使用，應(yīng)把氧含量降低到1ppm以下，去除氧的方法除用機械法外還可用化學(xué)法。例如在循環(huán)體系中加入適當(dāng)?shù)膬?N2H2)或亞硝酸鹽作為除氧劑。實踐表明，在含氣離子0.5x10-4的水中，只需加人1.5x10-4的硝酸鹽和0.5x10-6的亞硝酸鈉混合物，就可以得到良好的脫氧效果。銘錦鋼的應(yīng)力腐蝕主要與氯離子對鈍化膜的破壞有關(guān)。在含氯離子濃度不大的體系中，可用離子交換樹脂將水處理，同時加人少量的堿式磷酸鹽亦有助于防止應(yīng)力腐蝕。

(四)外加電流保護

采用外加電流的陰極保護法，可以有效防止應(yīng)力腐蝕，而且在裂紋形成后還可使其停止擴展。