凡是应力和腐蚀介质共同作用引起的断裂,称为应力腐蚀破坏。一般所说的应力腐蚀是一种较为复杂的现象。当应力不存在时,腐蚀十分微小;而施加应力经过一段时间后,金属会在腐蚀并不严重的情况下发生脆断。这类应力腐蚀断裂有如下三个共同特征。
①. 应力必须是拉伸的,拉伸应力愈大,则断裂时间愈短。
②. 腐蚀介质是特定的,只有某些金属与介质的组合才会产生应力腐蚀断裂,例如,黄铜的氨脆、锅炉钢的碱脆、低碳钢的硝脆、高强度钢的氢脆、奥氏体不锈钢管的氯脆等。使不锈钢产生应力腐蚀的介质和金属的组合例子,列于表3-9。
③. 断裂速度(0.001~0.3cm/h)远大于没有应力时的腐蚀破坏速度,但又小于单纯的力学断裂速度,断口属于脆断型。
应力腐蚀裂纹是在奥氏体不锈钢管中,在焊接部分等的残余应力和特定的腐蚀条件下发生的应力腐蚀裂纹(SCC)。
奥氏体型不锈钢虽然具有优越的耐腐蚀性,但是,在特定的腐蚀条件下,易发生应力腐蚀裂纹(SCC)。应力腐蚀裂纹是由拉伸应力和腐蚀两种因素共同作用而引起的断裂状腐蚀。一般情况是在含有氯离子(Cl-)的环境中,处于拉伸应力状态下发生的。
图3-7显示的是一个热交换器用不锈钢管,发生的应力腐蚀开裂的实例。
不锈钢管的表面状态分为活性状态、活化钝化状态、钝化状态及过钝化状态四种,参看图1-5不锈钢的极化曲线。应力腐蚀裂纹发生在活性状态、活性钝化状态及过钝化状态三种情况下,尤其是在中性(介质)附近的钝化状态中,引起的比较多。在活性态中的应力腐蚀裂纹是不锈钢表面腐蚀。在应力造成的局部破坏部位上,阳极溶解快速进行成为裂纹状,当有氯离子(Cl-)存在时,才会促进阳极溶解。在中性附近的钝化中,在不锈钢表面钝化薄膜发生严重破坏时,应力腐蚀裂纹反而不发生,只有在氯离子(Cl-)存在的钝化薄膜被破坏,进行局部的阳极溶解,由于应力存在使之发生并传播,就会产生应力腐蚀裂纹。断裂是在应力垂直角方向上发生的,一般是边产生边发展。作为使用环境来讲,几乎全部是发生在所有氯离子(Cl-)环境中。其他如高浓度的碱或酸也会引起应力腐蚀裂纹。表3-9列出了几种不锈钢系列产生应力腐蚀的介质。
不锈钢管只有在钝化状态下才是耐腐蚀的,它有最小的腐蚀电流,腐蚀速度很小。
温度对其影响很大,温度越高则应力腐蚀裂纹越容易发生。在实际环境中,在70℃以下的应力腐蚀裂纹的实例几乎没有,如图3-8所示。这里所说的应力,包括操作时的动作应力、热应力、装置的约束应力、冷加工以及焊接时的残余应力等。减少和防止应力腐蚀裂纹的对策列于表3-10。