不锈钢应力腐蚀原理及防治方法

1、1应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂 Stress Corrosion Cracking 应力与化学介质应力与化学介质协同作用协同作用下引起的金属开裂（或下引起的金属开裂（或断裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。断裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。 应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀开裂，简称SCC，是指金属材料在固定，是指金属材料在固定拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性开裂。拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性开裂。2不同情况引起的应力腐蚀开裂不同情况引起的应力腐蚀开裂1、由于弯曲残余应力引起的、由于弯曲残余应力引起的 该裂纹多为纵向形式该裂纹多为纵向形式32、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹、从点蚀底部产生的应

2、力腐蚀裂纹 43、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹 54、外在应力的存在导致应力开裂、外在应力的存在导致应力开裂6 1、产生应力腐蚀开裂必须同时具备三个基本条件，即、产生应力腐蚀开裂必须同时具备三个基本条件，即敏感的金属材料，足够大的拉伸应力和特定的腐蚀介质。敏感的金属材料，足够大的拉伸应力和特定的腐蚀介质。 应力腐蚀开裂的特征应力腐蚀开裂的特征 2、发生应力腐蚀开裂的主要是合金，几乎所有金属的发生应力腐蚀开裂的主要是合金，几乎所有金属的合金在特定的环境中都有一定的应力腐蚀敏感性。例如，合金在特定的环境中都有一定的应力腐蚀敏感性。例如，纯度达纯

3、度达99 99%的铜在含氨介质中不会腐蚀开裂，但含有的铜在含氨介质中不会腐蚀开裂，但含有0 04%磷或磷或0 01%锑时，则发生开裂。锑时，则发生开裂。 材料因素材料因素力学因素力学因素环境因素环境因素SCC7 3、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生SCC。4、应力腐蚀裂纹形态有三种：晶间型、穿晶型和混合型。、应力腐蚀裂纹形态有三种：晶间型、穿晶型和混合型。 晶晶间型是指裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金间型是指裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金等。等。8 5、应力腐蚀断裂裂纹、应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结构，裂

4、纹一般为树枝状结构，裂纹走向垂直于应力方向。走向垂直于应力方向。9 根据应力腐蚀断裂的现代观念比较根据应力腐蚀断裂的现代观念比较集中的有三种理论，即阳极溶解机理集中的有三种理论，即阳极溶解机理（阳极溶解起控制作用）、氢脆机理（阳极溶解起控制作用）、氢脆机理（阴极过程放出氢原子进入基体，导致（阴极过程放出氢原子进入基体，导致材料脆断）、阳极溶解和氢脆共同作用材料脆断）、阳极溶解和氢脆共同作用的机理。的机理。 1、阳极溶解机理：应力腐蚀断裂、阳极溶解机理：应力腐蚀断裂主要是指金属材料在静拉应力与腐蚀介主要是指金属材料在静拉应力与腐蚀介质共同作用下，由于裂纹尖端区阳极溶质共同作用下，由于裂纹尖端区阳

5、极溶解过程控制引起脆断（解过程控制引起脆断（APC-SCC）。）。属于这类机理的有低碳钢、铝合金和铜属于这类机理的有低碳钢、铝合金和铜合金的合金的SCC。 应力腐蚀断裂的机理应力腐蚀断裂的机理10滑移滑移-溶解溶解-断裂机理断裂机理奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 该理论至少包括四个过程：表面膜的形成、应力作用下该理论至少包括四个过程：表面膜的形成、应力作用下金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、裸露金属再钝化。裸露金属再钝化。 在应力作用下，位错沿着滑移面运动，在表面产生滑在应力作用下，位错沿着滑移面运动，在表面产生滑移台阶，表面膜产生局

6、部破裂，露出活泼的移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜新鲜”金属。金属。有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化-活化微电池。活化微电池。 伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中，而使钝化膜用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中，而使钝化膜再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复，造成纵深穿再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复，造成纵深穿晶的裂纹。晶的裂纹。 11122、氢脆机

7、理、氢脆机理 认为：金属材认为：金属材料在拉应力料在拉应力 和和腐蚀介质共同作腐蚀介质共同作用下，由于阴极用下，由于阴极还原反应产生的还原反应产生的氢原子扩散到裂氢原子扩散到裂纹尖端的金属内纹尖端的金属内部引起并控制脆部引起并控制脆断。这种应力腐断。这种应力腐蚀称为氢脆型蚀称为氢脆型SCC（HE-SCC）。也称氢）。也称氢的滞后开裂。的滞后开裂。 131、应力来源：、应力来源：1）工作应力：设备和部件在工作条件下所承受的外加载荷；）工作应力：设备和部件在工作条件下所承受的外加载荷；2）残余应力：金属材料在生产过程和加工过程中，在材料）残余应力：金属材料在生产过程和加工过程中，在材料内部产生的应

8、力。如冷轧、冷拔、冷弯、冷作、机械加工、焊内部产生的应力。如冷轧、冷拔、冷弯、冷作、机械加工、焊接、热处理过程中产生的残余应力；接、热处理过程中产生的残余应力；3）热应力：由于温度变化而引起的残余应力；）热应力：由于温度变化而引起的残余应力；4）结构应力：由于设备、部件的安装与装配而引起的应力。）结构应力：由于设备、部件的安装与装配而引起的应力。外加应力愈大，材料断裂时间愈短。外加应力愈大，材料断裂时间愈短。影响应力腐蚀断裂的因素影响应力腐蚀断裂的因素14应力作用：（应力作用：（1）破坏钝化膜）破坏钝化膜15应力作用：应力作用：（2）加速）加速Cl-和和OH-的吸附溶解的吸附溶解16 1）特殊

9、离子及其浓度的）特殊离子及其浓度的影响：氧浓度、氯化物浓影响：氧浓度、氯化物浓度影响如图所示。度影响如图所示。 2、介质环境因素、介质环境因素17（2）温度：）温度： 一般来说，温度升一般来说，温度升高，高，SCC容易发生，容易发生，但温度过高，由于产但温度过高，由于产生全面腐蚀，而抑制生全面腐蚀，而抑制了应力腐蚀。了应力腐蚀。 18（3）溶液中）溶液中pH值的影值的影响：对不锈钢而言，响：对不锈钢而言，pH值增加减缓了应力值增加减缓了应力腐蚀。腐蚀。 19 在不锈钢中加入在不锈钢中加入Si、Co有有利于提高抗利于提高抗SCC性能。但含性能。但含有周期表第有周期表第V类元素类元素N、P、As、

10、Sb、Bi有有害的。有有害的。Mo 4%能提高抗能提高抗SCC性能。性能。 3、合金成分的影响、合金成分的影响20 我们公司明显属于应力腐蚀开裂的情况出现过不少我们公司明显属于应力腐蚀开裂的情况出现过不少1）603分厂压缩机工段冷凝器管板焊缝开裂分厂压缩机工段冷凝器管板焊缝开裂2）606分厂氨冷凝器管板与换热管焊缝开裂分厂氨冷凝器管板与换热管焊缝开裂3）609分厂塔内冷器管板与换热管焊缝开裂分厂塔内冷器管板与换热管焊缝开裂a 换热管材料都是换热管材料都是304不锈钢；不锈钢；b 开裂处都为管板与换热管焊接处及焊接热影响区，存开裂处都为管板与换热管焊接处及焊接热影响区，存在焊接残余应力；在焊接残

11、余应力；c 壳程都是循环水，换热温度都超过壳程都是循环水，换热温度都超过60，在管板与换，在管板与换热管缝隙处氯离子富集，浓度高热管缝隙处氯离子富集，浓度高特定的合金，一定的应力，特定的腐蚀环境，造成了应特定的合金，一定的应力，特定的腐蚀环境，造成了应力腐蚀开裂。力腐蚀开裂。21渗透后的明显裂纹22 1、列管式换热器的使用，如果工艺允许，建议循环水尽量走管程，、列管式换热器的使用，如果工艺允许，建议循环水尽量走管程，既能避免氯离子的富集，也容易清洗水垢；既能避免氯离子的富集，也容易清洗水垢；2、列管式换热器中需冷却的物料温度控制尽量在、列管式换热器中需冷却的物料温度控制尽量在60以下，如果超以

12、下，如果超过过80的要特别注意的要特别注意3、物料中有易造成不锈钢、物料中有易造成不锈钢SCC发生的环境时，一定要在设备条件中发生的环境时，一定要在设备条件中提出，特别是卤素离子（提出，特别是卤素离子（Cl-、Br-等），以便于提前预防与避免。等），以便于提前预防与避免。4、解决发生、解决发生SCC的三条途径的三条途径a 降低温度：高于降低温度：高于60的物料在用循环水冷却前，可以采用能量耦合、的物料在用循环水冷却前，可以采用能量耦合、风冷等形式，先将物料温度降低到风冷等形式，先将物料温度降低到60以下，再用水冷；以下，再用水冷；b 消除应力：车间将消除应力：车间将SCC所涉及的温度、物料成分提清楚后，设备所涉及的温度、物料成分提清楚后，设备制造单位在制造时可采用减小焊接电流、控制焊接速度、控制层间制造单位在制造时可采用减小焊接电流、控制焊接速度、控制层间温度在温度在90以内、整体消除应力（在受应力的合金表面进行喷砂、以内、整体消除应力（在受应力的合金表面进行喷砂、锤敲等处理，使表面层处于压应力状态，以提高抗锤敲等处理，使表面层处于