應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)破裂(stress corrosion cracking,SCC)是靜拉應力與腐蝕共同作用下導致的一種損壞,表現為斷裂,斷口呈脆性斷裂的形態。腐蝕對斷裂的影響可以是通過對裂紋前端的陽極溶解,也可以是通過氫原子的作用使裂紋前端變脆。


  不銹鋼在拉應力狀態下,在某些介質中經過一段不長時間,就會發生破裂,隨著拉應力的加大,發生破裂的時間縮短。當取消拉應力時,鋼的腐蝕量很小,并且不發生破裂。應力的來源通常是由于金屬經過不正確的熱處理或焊接和冷加工過程產生的殘余應力,也可能是外加負荷,或者二者同時存在。


  應力(li)(li)腐(fu)蝕破(po)壞(huai)的特征是裂(lie)縫和拉應力(li)(li)方向垂直,斷口呈脆(cui)性破(po)壞(huai),顯(xian)微分(fen)析可在(zai)斷口附近發現許(xu)多裂(lie)紋,它(ta)們多沿(yan)晶(jing)(jing)(jing)界分(fen)布,也有穿晶(jing)(jing)(jing)分(fen)布,或(huo)晶(jing)(jing)(jing)界與穿晶(jing)(jing)(jing)混合分(fen)布。


  應力(li)腐蝕破裂(lie)時,腐蝕介質(zhi)是特定的(de),只有(you)某些金屬(shu)一介質(zhi)的(de)組合才產生(sheng)應力(li)腐蝕破裂(lie),如奧氏體(ti)不銹鋼的(de)氯脆、高強度鋼的(de)氫脆等。


  一(yi)般認為,產生奧氏體不銹鋼(gang)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)是應(ying)力和電(dian)(dian)化(hua)學腐(fu)蝕(shi)共(gong)同(tong)作用(yong)的結(jie)果。奧氏體不銹鋼(gang)在(zai)(zai)介(jie)質中形(xing)(xing)成鈍化(hua)膜(mo)(mo),在(zai)(zai)應(ying)力的作用(yong)下出現滑移臺階導致表(biao)面膜(mo)(mo)破裂(lie)(lie),膜(mo)(mo)的局部(bu)破壞造成裸露金(jin)屬成為小陽極(ji)(ji),小陽極(ji)(ji)的溶解(jie)逐(zhu)步(bu)形(xing)(xing)成裂(lie)(lie)紋(wen)(wen),在(zai)(zai)應(ying)力與環境的共(gong)同(tong)作用(yong)下,破裂(lie)(lie)過程加速(su)發展(zhan)。應(ying)力腐(fu)蝕(shi)的另一(yi)種(zhong)機(ji)制(zhi)是氫(qing)脆機(ji)制(zhi),認為蝕(shi)坑或(huo)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)內形(xing)(xing)成閉塞(sai)電(dian)(dian)池,使裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)尖端或(huo)蝕(shi)坑底的介(jie)質具有低的pH,滿(man)足了陰極(ji)(ji)析氫(qing)的條件,氫(qing)原子吸附于金(jin)屬表(biao)面引起氫(qing)脆,而導致應(ying)力腐(fu)蝕(shi)。


  在介(jie)(jie)質的(de)(de)(de)影(ying)響下,裂紋(wen)可以在低于Kic時(shi)(shi)擴(kuo)展而(er)導致斷(duan)裂,如圖(tu)9.5所(suo)示。人們(men)定義(yi)裂紋(wen)“長”時(shi)(shi)間或(huo)給定時(shi)(shi)間不擴(kuo)展的(de)(de)(de)應力(li)場強度(du)因(yin)子K1值為KIscc,Kiscc也是一種韌性參(can)量(liang),它與Kic的(de)(de)(de)差(cha)異便(bian)是介(jie)(jie)質的(de)(de)(de)影(ying)響。Kiscc/Kic則是衡(heng)量(liang)材料應力(li)腐蝕敏感性的(de)(de)(de)指標。


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  當應(ying)力腐蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)前(qian)端的K1>K1scc時(shi),裂(lie)(lie)紋(wen)會隨(sui)時(shi)間而長(chang)大,裂(lie)(lie)紋(wen)擴展速率(lv)以da/dt斷裂(lie)(lie)時(shi)間表示。應(ying)力腐蝕(shi)的發展通(tong)常分為三(san)個(ge)(ge)階(jie)段(duan):第(di)一階(jie)段(duan)包(bao)括(kuo)孕育期、表面膜的蝕(shi)穿(chuan)、裂(lie)(lie)紋(wen)的形(xing)核(he);第(di)二階(jie)段(duan)為裂(lie)(lie)紋(wen)相對穩定擴展階(jie)段(duan);第(di)三(san)階(jie)段(duan)為裂(lie)(lie)紋(wen)快速擴展和斷裂(lie)(lie)階(jie)段(duan)。實踐中,第(di)一階(jie)段(duan)往往最長(chang),成為整(zheng)個(ge)(ge)過程的控制階(jie)段(duan)。


  18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼(gang)對氯脆的敏感性很大。鎳含量高于8%時,鎳含量越高,抗氯脆能力越大。鎳含量低于8%時,鎳含量越低,抗氯脆能力越大。這是由于生成的復相鋼和鐵素體不銹鋼的氯脆趨勢較小。用錳氮代替鎳的鉻錳氮奧氏體不銹鋼有較好的抗氯脆性能。在18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼中加入1%~2%Mo將增加氯脆趨勢。鈦和鈮都增加鉻鎳奧氏體不銹鋼對氯脆的敏感性。


  無論在奧(ao)氏體鋼或復相鋼中(zhong)加入1.5%以上的硅(gui)均能顯著(zhu)改善鋼的抗應力(li)腐蝕(shi)斷裂性能。硅(gui)能顯著(zhu)縮小(xiao)y區,因此含硅(gui)較高(gao)的鋼會(hui)含有(you)8相,形成復相鋼。


  有關奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼氯(lv)脆各(ge)種影響因素的深(shen)入分析(xi)及其機(ji)理的研究可參閱有關文獻。


  測(ce)量Kiscc比較簡(jian)單,最(zui)常用(yong)的(de)是懸(xuan)臂梁彎曲試驗(yan),試樣(yang)采用(yong)和(he)(he)測(ce)Kic的(de)標準三點彎曲試樣(yang)相同,但要(yao)長一(yi)些(xie)。樣(yang)品(pin)(pin)一(yi)端(duan)固定(ding)(ding)于立(li)柱上,另(ling)一(yi)端(duan)與(yu)一(yi)個(ge)力(li)臂相連(lian),力(li)臂的(de)另(ling)一(yi)端(duan)加上載荷。在樣(yang)品(pin)(pin)的(de)預裂紋(wen)周圍配置(zhi)所研究的(de)環(huan)境,還可以同時測(ce)出da/dt-K1曲線。我(wo)國于1995年開始,制定(ding)(ding)了國家(jia)推薦標準GB/T 15970-1995《金(jin)屬(shu)和(he)(he)合(he)金(jin)的(de)腐(fu)蝕 應力(li)腐(fu)蝕試驗(yan)》,直至2007年先后發布了第1~第9共9個(ge)部分。