应力腐蚀检测及防护措施

一、应力腐蚀的概念

应力腐蚀是指金属或合金在腐蚀介质和拉应力的协同作用下引起金属或合金的破裂现象。

应力腐蚀的特征是形成腐蚀-一机械裂纹，这种裂纹不仅可以沿着晶间发展，而且也，可以穿过晶粒。由于裂纹向金属内部发展，使金属或合金结构的强度大大降低，严重时能使金属设备突然损坏。如果该设备是在高压条件下工作，将引起严重的爆炸事故。微裂纹一旦形成，其扩展速度很快，且在破坏前没有明显的预兆，所以，应力腐蚀是所有腐蚀类型中破坏性和危害性最大的一种。

工程上常用的材料，如不锈钢、铜合金、碳钢和低合金高强度钢等，在特定介质中都可能产生应力腐蚀，依据腐蚀条件，可使材料结构在几分钟或几年内破坏。常见的应力腐蚀的例子有：蒸气锅炉钢的“碱脆”，黄铜的“季裂”，高强度铝合金的晶间腐蚀破裂，不锈钢的应力腐蚀开裂等。

应力腐蚀有如下几个特征：

①必须有应力，特别是拉应力分量的存在。拉伸应力愈大，则断裂所需的时间越短。

断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。

②腐蚀介质是特定的，金属材料也是特定的，即只有某些金属与特定介质的组合，才会发生应力腐蚀破裂。表5-2列出了一些发生腐蚀的金属和介质的组合。

二、应力腐蚀机理

关于应力腐蚀如何产生，由于因素较为复杂，目前还无统一的见解。应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，因腐蚀过程的局部化和拉应力的结果，使裂纹生核;第二阶段为腐蚀裂纹发展期，裂纹扩展;在第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致材料的破坏。

金属和合金表面的缺陷部位或薄弱点由于电位比其它部位低，成为活性点，为应力腐蚀提供了裂纹核心。如果材料表面已经有划痕、小孔或缝隙存在，它们就是现成的裂纹核心

三、影响应力腐蚀的因素

金属应力腐蚀的影响因素主要有，与金属的组成、组织有关的内因和介质种类、浓度、温度等有关的外因。

(一)金属及冶金质量

纯度极高的金属，虽然也发现存在应力腐蚀现象，但其敏感性远低于二元及多元合金。应力腐蚀的敏感性也与合金的成分有关，例如，碳钢的应力腐蚀敏感性通常随着碳含量的增加而提高，碳含量为0.12%时达到最大值，进一步增加碳含量，敏感性反而下降。不锈钢中加人适量的Ni、Al、Si有利于提高钢的抗应力腐蚀能力。对同一成分的合金，因其微观组织不同，其应力腐蚀敏感性差别很大。例如，经固溶处理的硬铝合金，可以完全消除晶间腐蚀倾向，但却有十分严重的应力腐蚀倾向，其主要原因是合金中存在着很大的内应力。当该合金经过人工时效处理后，MgZn呈断续的聚集状质点分布，合金便具有良好的抗腐蚀性能。

(二)应力

金属的应力腐蚀是脆性断裂过程，裂纹在拉应力和介质的综合作用下扩散。应力对一些工业不锈钢应力腐蚀性能的影响。该结果表明，在外加拉应力较小时，曲线与时间轴近于平行，说明应力对破裂时间影响不大。随着外加应力的增加，构件的破裂时间缩短。

(三)介质

1，阴离子浓度的影响

随着氯化物浓度的增加，不锈钢的应力腐蚀破坏所需时间缩短。一般认为，MgCl最易引起应力腐蚀，不同氯化物的腐蚀作用，是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na+、Li+等离子的顺序递减的。对镁合金而言，随着CI-浓度的增加，应力腐蚀寿命缩短，而在含有一定量Cr042-的氣化钠溶液中，合金的SCC寿命缩短。

2，介质温度的影响

一般认为温度升高，易发生应力腐蚀，但温度过高由于全面腐蚀而抑制了应力腐蚀。不同金属在一定介质中，引起应力腐蚀所需的温度并不相同。镁合金通常在室温下便产生应力腐蚀;软钢一般要在介质的沸腾温度下才破裂。

四、应力腐蚀的防护

合理选材，控制应力，控制介质及控制电位等方法均可用来避免或减弱应力腐蚀，但实际情况千差万别，这些方法根据实际情况，既可单独使用也可综合使用。

(一)选用耐蚀材料

碳钢对应力腐蚀的敏感性很低，算得上一种耐应力腐蚀的材料。例如对海水、盐水等具有明显应力腐蚀倾向的体系中，其换热器常用碳钢制造。近年发展了多种耐应力腐蚀的不锈钢，主要有高纯奥氏体镍铭钢、高硅奥氏体镍铭钢、高铭铁素体钢和铁素体一奥氏体双相钢等，其中以双相钢的抗应力腐蚀性能最好。如用Cr18Nil0双相钢的弯曲试样在沸腾的42%MgCl2溶液中做试验，试件经2000h才破裂。双相钢在高温高压水体系中的抗应力腐蚀性能尤其优越，同时双相钢亦具有抗孔蚀、缝隙腐蚀的性能。

(二)控制应力

在设计金属设备结构时要力求合理，尽量减少应力集中。对构件进行合理的热加工和热处理，尽量减少残余拉应力的出现。也可用喷丸处理使金属表面拉应力变为压应力

(三)减弱介质的腐蚀性

镍铭不锈钢在含溶解氧的氯化物中使用，应把氧含量降低到1ppm以下，去除氧的方法除用机械法外还可用化学法。例如在循环体系中加入适当的册(N2H2)或亚硝酸盐作为除氧剂。实践表明，在含氣离子0.5x10-4的水中，只需加人1.5x10-4的硝酸盐和0.5x10-6的亚硝酸钠混合物，就可以得到良好的脱氧效果。铭锦钢的应力腐蚀主要与氯离子对钝化膜的破坏有关。在含氯离子浓度不大的体系中，可用离子交换树脂将水处理，同时加人少量的碱式磷酸盐亦有助于防止应力腐蚀。

(四)外加电流保护

采用外加电流的阴极保护法，可以有效防止应力腐蚀，而且在裂纹形成后还可使其停止扩展。