应力腐蚀的教案

应力腐蚀的教案第1页/共29页应力的种类件数比例（％）加工残余应力5548.7焊接残余应力3531.0操作时热应力1715.0操作时工作应力43.5安装j机器时的约束力21.8合计113100SCC事故按应力的分类第2页/共29页特征主要是合金发生SCC，纯金属极少发生对环境的选择性，形成了所谓“SCC的材料―环境组合”。第3页/共29页产生应力腐蚀破裂的材料-介质组合

(局部腐蚀)第4页/共29页产生应力腐蚀破裂的材料-介质组合

(局部腐蚀)第5页/共29页(3)只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生。

(4)裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态有晶间型，穿晶型，混合型。(5)SCC有孕育期，因此SCC的破断时间tf可分为孕育期，发展期和快断期三部分。(6)发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。第6页/共29页苛性钠引起的碳钢热交换器管道的沿晶应力腐蚀开裂第7页/共29页热风炉炉顶的应力腐蚀开裂，温度在1380℃以上才发生，原因空气高温加热后产生NOx，在炉顶内部结露生成硝酸第8页/共29页热风炉炉顶应力腐蚀开裂金相照片第9页/共29页第10页/共29页敏化的不锈钢在高温高压水（250℃，8ppm溶解氧中）的沿晶应力腐蚀开裂第11页/共29页

合金耐SCC性能的评定

恒应变试验恒载荷试验SCC的影响因素●●力学因素（1）应力使材料发生形变，而形变使表面膜破裂。应力与环境腐蚀的相互促进，才使得材料在很弱的腐蚀性介质中发生破坏。（2）临界应力和临界应力强度因子第12页/共29页破裂速度试样延伸比率裂纹深度暴露时间拉伸载荷下应力腐蚀破裂扩展速度与裂纹深度的关系恒载荷应力腐蚀破裂试验中试样延伸率与时间的关系破裂破裂第13页/共29页

低于某个临界值th时，材料不发生破裂，th称为SCC临界应力。th愈大，材料耐SCC性能愈好。

●●环境因素（1）SCC对环境有选择性（2）氧化剂的存在有决定性作用（3）温度有着重要的影响。一般来说，温度升高，材料发生SCC的倾向增大。（4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更容易发生。第14页/共29页氧PPM1000100101

0。10。010。11101001000氯化物PPM

破裂不破裂数字为试样数目根据（LeeWilliams）3322224222222333111125111碱-磷盐处理的锅炉水中氯化物和氧含量对奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的影响

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温度OF400300200100020406080100120产生破裂所需要的时间（小时）温度对破裂诱发时间的影响，316及347型不锈钢在含875ppmNacl的水中（根据Fontant等）347型316型第16页/共29页●●冶金因素

合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态对其SCC敏感性都有影响。对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的SCC来说，提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高抗SCC性能。增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但含碳量大则容易产生晶间性SCC。第17页/共29页

应力腐蚀破裂的机理

SCC的机理有两种：阳极溶解(AD)机理：合金在应力和腐蚀的联合作用下，局部位置如晶间的析出物、膜的局部破裂处产生了微裂纹，合金的整个表面为阴极区，裂纹的侧面尤其是尖端为阳极区，形成了小阴极大阳极的腐蚀电池，裂纹尖端应力集中，发生变形至屈服，加速阳极溶解，促使裂纹扩展至破裂。阴极保护可以防止和抑制应力腐蚀破裂，是对此理论的证明。第18页/共29页氢致开裂(HIC)机理：裂纹的脆性断裂特征用电化学理论很难解释。随腐蚀的进行，裂纹的根部或蚀坑的底部具有高酸度低电位，满足放氢条件，氢扩散到正在扩展的裂纹边缘，并在该处形成高度活化的氢化物或氢—应变铁素体，使该处合金脆化，更有利于裂纹扩展导致破裂第19页/共29页阴极C阴极C溶液静态金属阳极区（稳定阳极）AAA*迅速屈服屈服金属阳极区（动力阳极）A区（裂纹两侧）电流密度~10-5A/cm2A*区（裂纹尖端）电流密度~0.5A/cm21/2O2+H2O+2e2OH-奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂模型图（根据Hoar）第20页/共29页氧化物腐蚀产物随H+阴极还原氢进入合金中H++eH（Fe）H2H氢引起马氏体小片形成成为裂纹扩展的敏感途径在扩展的裂纹中的阳极反应当（H+）建立（可能是慢的一步）从孔蚀形成显微裂纹在裂纹中阳极反应得到高浓度（H+）如：2Cr+3H2OCr2O3+6H++6eH2出口Cl-离子使钝化膜破坏产生的孔蚀H钝化表面上的阴极反应：2H2O+2eH2+2OH-½H2O+2e2OH-在氯化物介质中奥氏体不锈钢裂纹形成和扩展模型（根据Rhodes）第21页/共29页选择适当材料选用镍基合金、铁素体不锈钢、双相不锈钢、含高硅的A不锈钢合理设计结构，严格控制制造工艺，避免残余应力a）尽量减少聚集焊缝，交叉焊缝、闭合焊缝；采用对接焊，避免搭接焊；b）严格控制制造工艺，尤其是焊接工艺，未焊透、裂纹往往可扩展成应力腐蚀破裂，飞溅物、气孔形成点蚀源

防止措施第22页/共29页

防止措施

消除残余应力（1）避免局部应力集中（2）考虑设备在运行中因热膨胀、震动、冲击等原因可能引起的变形。（3）用热处理消除残余应力（4）用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面拉应力并引入压应力，也可以增加合金材料抵抗应力腐蚀破裂的能力。（5）施加阴极保护可以使SCC不发生，已发生的裂纹停止生长。第23页/共29页钢种序号热处理温度和试验结果焊态650℃1小时650℃1小时650℃1小时650℃1小时650℃1小时oCr18Ni10(80×7.25管材)1M.D(30)M.D(100)N(>200)N(>200)N(150)N(150)2M.D(30)M.D(100)M.D(100)N(>200)N(150)N(150)oCr18Ni12Mo2(80×7.25管材)1M.D(30)M.D(100)D(100)D(150)N(150)N(150)2M.D(30)M.D(100)D(100)M.D(100)N(150)N(150)消除应力热处理对焊接部伴应力腐蚀破裂的影响

（154℃沸腾Mgcl₂试验)N:未破裂M:母材内破裂D:焊缝内破裂括号内数字为试验时间第24页/共29页喷丸处理对oCr18Ni10不锈钢应力腐蚀破裂的抑制效果(42%沸腾Mgcl₂试验)未喷丸处理喷丸处理破断时间（分）应力（公斤／毫米²）30201010²

10³

10⁴第25页/共29页严格控制腐蚀环境，防止Cl-、OH-浓缩：防止水蒸发，设备定期清洗，即时排污添加缓蚀剂：如液氨溶液中加0.2%的水保护性覆盖膜：电镀、喷镀、渗镀，涂料等采用阴极保护:接负电位为-0.8V时，可有效抑制铬镍钢的腐蚀。

防止措施第26页/共29页典型案例液氨储罐应力腐蚀破裂：材质为碳钢，腐蚀裂纹在液相和汽相均有发现奥氏体不锈钢在氯化物溶液中

Cl-浓度小于10-6才是安全的H2S对钢制压力容器的腐蚀液化