板式平焊法兰盖标准.doc

应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一，在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级，SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏都造成了巨大的生命和财产损失。此外，如核电站，船只，锅炉，石油化工也都发生过应力腐蚀断裂的事故。
应力腐蚀开裂的特征。
（一）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。
这种拉应力的来源可以是：
1， 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。
2， 加工，制造，热处理引起的内应力。
3， 装配，安装形成的内应力。
4， 温差引起的热应力。
5， 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
（二）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。
一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。
合金
腐蚀介质

碳钢和低合金钢

NaOH溶液，含有校酸根，碳酸跟，硫化氢水溶液，海水，海洋大气和工业大气，硫酸—硝酸混合液，三氯化铁溶液，湿的CO—CO2,空气
高强度钢
蒸馏水，湿大气，氯化物溶液，硫化氢

奥氏体不锈钢
高温碱液，高温高压含氧纯水，氯化物水溶液，海水，浓缩锅炉水，水蒸气(260ºC)，湿润空气（湿度90%），硫化氢水溶液，NaCl—H2O2水溶液，二氯乙烯等
铜合金
NH3蒸汽，氨溶液，汞盐溶液，含SO2的大气，三氯化铁，硝酸溶液
钛合金
发烟硝酸，海水，盐酸，含Cl¯,Br¯,I¯水溶液，甲醇，三氯乙烯，CCl4，氟利昂
铝合金
NaCl水溶液，海水，水蒸气，含二氧化硫的大气，含Br¯,I¯水溶液，汞
而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。19世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆”（原因是黄铜弹壳（1）应力加上印度大气中含有微量NH3）。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。
（三）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子K1达到材料的断裂韧性K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：裂纹萌生，裂纹扩展，失稳断裂。
1， 裂纹的萌生。
裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是SCC裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。
2， 裂纹扩展。
应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的关系具有图示的三个阶段特征。在第一阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当K1降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹不再扩展，因此Kiscc时评定材料应力腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶段，裂纹扩展与应力强度因子K1大小无关，主要受介质控制。在这阶段裂纹出现宏观和微观分枝（图）。但在宏观上，裂纹走向与抗应力方向是垂直的。第三阶段为失稳断裂，纯粹由力学因素K1控制，da/dt随K1增大迅速增加直至断裂。
（四）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断口呈多种形貌。有沿晶断，准解理，韧（2）等。
二， 应力腐蚀开裂机制。
应力腐蚀开裂现象很多，目前尚未有统一的见解，不同学派的观点可能从电化学，断裂力学，物理冶金进行研究而强调了它们的作用。
（一） 电化学理论。
1， 活性通道理论。
该理论认为，在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通道，沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界，亚晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进行，形成很窄的裂缝裂纹，而外加应力使裂纹尖端发生应力集中，引起表面膜破裂，裸露的金属成为新的阳极，而裂纹两侧仍有保护膜为阴极，电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端，使其在高电流密度下加速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化学活化溶解的联合作用。
2， 快速溶解理论。
该理论认为活性通道可能预先是不存在的，而是合金表面的点蚀坑，沟等缺陷，由于应力集中形成裂纹，裂纹一旦形成，其尖端的应力集中很大，足以使其尖端发生塑性变形到一个塑性，该塑性具有很大的溶解速度。这种理论适用于自纯化金属，由于裂纹两侧纯化膜存在，更显示裂纹尖端的快速溶解，随着裂纹向前发展，裂纹两侧的金属重新发生纯化（再纯化），只有当裂纹中纯化膜的破裂和再纯化过程处于某种同步条件下才能使裂纹向前发展（如果纯化太快就不会产生裂纹进一步腐蚀，若再纯化太慢，裂纹尖端将变圆，形成活性较低的蚀孔。

3， 膜破裂理论。
该理论认为金属表面有一层保护膜（吸附膜，氧化膜，腐蚀产物膜），在应力作用下，被露头的滑移台阶撕破，使表面膜发生破裂（图b）局部暴露出活性裸金属，发生阳极溶解，形成裂纹（图c）。同时外部保护膜得到修补，对于自纯化金属裂纹两侧金属发生再纯化，这种再纯化一方面使裂纹扩展减慢，一方面阻止裂纹向横向发展，只有在应力作用下才能向前发展。

4， 闭塞电池理论。
该理论是在活性通道理论的基础上发展起来的。腐蚀就先沿着这些活性通道进行，应力的作用在于将裂纹拉开，以免被腐蚀产物堵塞，但是闭塞电池理论认为，由于裂纹内出现闭塞电池而使腐蚀加速（这类似于缝隙腐蚀）即在裂纹内由于裂纹内金属想要发生水解：FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+2HCl，使Ph值下降，甚至可能产生氢，外部氢扩散到金属内部引起脆化。闭塞电池作用是一个随催化腐蚀过程，在拉应力作用下使裂纹不断扩展直至断裂。
（二） 吸氢变脆理论。
该理论是从一些塑性很好的合金在发生应力腐蚀开裂时具有脆性断裂的特征提出的（变脆是否由氢脆引起？）该理论认为裂纹的形成与发展主要与裂纹尖端氢被引入晶格有关，如奥氏体不锈钢在裂纹尖端，Cr阳极氧化生成CrO3使其酸度增大。2Cr+3H2O→Cr2O3+6H++6e。当裂纹尖端的电位比氢的平衡电位负时，氢离子有可能在裂纹尖端被还原，变成吸附的氢原子，向金属内部扩展，从而形成氢脆。
（三）应力吸附破裂理论。
该理论认为由于环境中某些破坏性组分对金属表面内表面的吸附，削弱了金属原子间的结合力，在抗拉力作用下引起破裂。
三， 影响应力腐蚀开裂的因素——见表。

五，应力腐蚀开裂控制方法。
由于应力腐蚀涉及到环境介质，应力，材料三个方面，因此防止应力腐蚀也应从这三方面入手。
（一） 降低和消除应力。
1， 改进结构设计：应力腐蚀开裂常发生在应力集中处，在结构设计时应减少应力集中。
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（四）涂层保护。
主要是有机高分子涂层，如环氧树脂涂层，有机硅涂层，从而使金属表面和环境隔离开了，避免产生应力腐蚀。
（五）合理选材和改善材质。
选材应避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境中使用（见前面讲的表）如对于接触海水的热交换器采用普通低碳钢可能比不锈钢更好。
减少材料中的杂质，提高纯度对减少应力腐蚀开裂也有好处。