应力腐蚀撕裂SCC产生机理影响因素及防治措施

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1、应力腐蚀撕裂 SCC 产生机理影响因素及防治措施 应力腐蚀裂纹：金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹已成为工业中特点是石油工业中最突出的问题，日本 19651975 十年间化工设备破坏事故统计有 50%属于应力腐蚀开裂，应力腐蚀裂纹造成危害极大的。一、应力腐蚀裂纹特征 1、形貌：外观：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。从横断面来看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深方向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支是其典型的特点。从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口 2、材质与介质的匹配 纯金属不产生应力腐蚀裂纹，凡是合金即使含有微量元素

2、的合金，在特定的腐蚀环境中都有一定的应力腐蚀开裂倾向。但并不是说，任何合金在任何介质中都产生应力腐蚀开裂，一定的材料只在某一定的腐蚀环境中才产生应力腐蚀裂纹。材料 腐蚀介质 低碳钢 NaOH 水溶液(沸腾)、硝酸盐水溶液等低合金钢 海水、H2S 水溶液、NH4Cl 水溶液等奥氏体不锈钢 氯化物水溶液、海洋气氛、海水等 一般说来，介质的腐蚀性较弱，呈中性或弱酸性 PH 6-7，当表面膜不能稳定存在时，易产生应力腐蚀开裂。介质的腐蚀性强，易产生全面的均匀性腐蚀，反而不易产生应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂温度：易产生在 100300之间 3、应力腐蚀开裂的临界应力拉应力的存在是产生应力腐蚀开裂的先决条件

3、之一，造成应力腐蚀开裂的应力主要是残余应力。临界应力th引起应力腐蚀裂纹开裂的临界应力，与腐蚀介质，金属材料的强度级别有关。sth 二、应力腐蚀裂纹的形成条件 形成机理形成三要素1）、材质 2）、腐蚀介质 3）、临界拉应力（一）、电化学应力裂机理从电化学考虑，把应力腐蚀裂纹分为两大类1 类为应力阳极溶解开裂 简记 APC另一类应力阴极氢脆开裂 简记 HEC由电化学得知，形成微电池时电化学腐蚀过程为1）、在阳极金属 M 溶解 金属以离子形式进入溶液eMM2）、电子 e 在金属内部直接(进)从阳极流入阴极HeH3）、在阴极 流来的电子 e 被溶液中能吸收电子的物质D 所接受DeDe在阴极附近大多数

4、情况 D 是溶液中的HHeH H存在利于电子从阳极流向阴极，加强了腐蚀过程。称析氢腐蚀。若溶液中存在氧时 O2也可夺取电子 e 形成OHOHeOHO44222称吸氧腐蚀。当在应力作用时，阳极发生M的溶解，这就是应力阳极溶解开裂（APC）当阳极电流密度ai越大，M的溶解越强烈腐蚀开裂时间越短。在应力作用下，阴极也会发生吸氢致脆的过程，并且阴极电流密度越大，表明吸氢过程越强，这就是阴极氢脆开裂（HEC）。多数情况下，APC、HEC 同时存在，例高强钢在水、盐水、H2S 水溶液、氢气液氨等介质中发生的延迟破裂现象就是 APC、HEC 两方面的过程。（二）、机械破裂应力腐蚀开裂机理1）、孕育期 应力作

5、用下将产生不同程度的塑性变形，这种塑性变形将会产生“滑移台阶”，形成局部性的最初腐蚀裂口，造成拉应力集中，局部产生滑移阶梯、导致保护膜破坏。2）、发展阶段腐蚀裂口在拉应力与介质的共同作用下（物理作用及化学作用）沿着垂直拉应方向纵深发展，呈枯干树枝或根须，且逐步出现分支，若应力因素占优势，将是某一裂口优先发展，腐蚀因素占优势则可能同时几条裂口平行地发展。3）、溃裂阶段发展的最快的裂纹的最终崩溃性的发展，是拉应力局部越来越大的累积结果，最终破坏是力的因素起主要作用。裂纹扩展的几种说法1、阳极相的沉淀阳极相：指合金在热处理时析出的沉淀相的不均匀分布。人们认为这个阳极相是预先存在的腐蚀敏感途径，例如铝

6、合金中第二相AlMg 合金，相电位比较低,固溶体处于负的位置，所以腐蚀从相开始。2、腐蚀介质的吸附腐蚀介质中存在特殊离子如（Cl、OH）等吸附，使应变的金属原子的聚合力减弱，金属表面能降低而导致开裂。3、阴极氢化反应（裂纹的扩展）在裂纹尖端具备高速度的阴极氢化反应，裂纹的扩展是顺着由氢脆或氢腐蚀引起的途径而优先溶解。4、机械化学效应形变屈服的金属在腐蚀介质中具有极高的腐蚀速度，例：冷作加工的金属与退火金属相比其腐蚀要大1015 倍。一般认为：形变能增加活化点的数目，加速产生阳极溶解。一旦形成裂纹后，由于应力集中可迅速屈服，于是在裂纹尖端优先发生溶解腐蚀。裂纹尖端的腐蚀速度比裂纹两侧的腐蚀速度大

7、 104倍。5、隧洞腐蚀由于滑移在膜破裂的表面上产生管状的孔蚀，沿着管状孔蚀的面发生延性撕裂，使其断面缩小，从而导致应力增大，于是提高了孔蚀的进程，这就是隧洞腐蚀。优先腐蚀的起点是从一个滑移阶梯开始的由于滑移阶梯的快速溶解而形成溶解沟，在沟中移动的位错与不规则的断面相交，这些交点又引起滑移阶段并进一步溶解，这个过程反复的进行即形成隧洞。三、应力腐蚀的预防措施 （一）、结构设计1、合理选材母材选材必须有足够的实验数据，不能只看材料牌号，不能单纯考虑强度级别，因同一强度等级，合金系统不同，抗应力腐蚀开裂的倾向很大。2、避免高应力区 （二）、施工制造1、合理选择焊材了解产品结构的的工作条件，熟悉介质

8、的腐蚀特性，及合金元素的特性，则确定焊缝成分从而确定焊接材料。因此必须根据具体腐蚀介质，调整焊缝的合金系统，以便提高耐应力腐蚀开裂的能力。2、合理制定装焊工艺1）、成形及装配工艺引起应力腐蚀裂纹的重要原因之一就是残余应力，从部件成形加工列组装都可引起残余应，特别是强制组装，例如用千斤组装大错口，可以形成很大的残余应力，在组装质量不良的条件下（错口）焊接时，会造成较大的残余应力。组装时所造成伤痕如随意打弧的灼痕等都会成应力腐蚀裂源。2)、焊接工艺基本点，不产生硬化组织，不发生晶粒严重粗化现象,接头硬度粗晶区的应力腐蚀裂纹的扩展敏感性最大，主要是由于晶粒粗大，以致裂纹尖端集中的位错数量增大，并可形成大的滑移阶梯，从而利于应力腐蚀裂纹的形成和扩展。3、消除应力处理焊后消除应力处理是防止产生应力腐蚀裂纹的重要环节。例氢化脱硫装置的硫化物应力腐蚀开裂试验，钢种弯曲成形加工后的热处理温度 热处理温度 未处理 350 400 450 500 550 650 850 1Cr18Ni8 x x x x x o o o 1Cr18Ni9Ti X x o o o o o o 其中 x 裂纹，o 无裂纹（三）、生产管理1、防蚀处理介质隔离、涂层、衬里介质处理、加缓蚀剂等电化防蚀、阴极化或阳极化、表面技术处理2、定时检查及分析定期检查、及时补修