應力腐蝕的教案

應力腐蝕的教案第1頁/共29頁應力的種類件數(shù)比例（％）加工殘余應力5548.7焊接殘余應力3531.0操作時熱應力1715.0操作時工作應力43.5安裝j機器時的約束力21.8合計113100SCC事故按應力的分類第2頁/共29頁特征主要是合金發(fā)生SCC，純金屬極少發(fā)生對環(huán)境的選擇性，形成了所謂“SCC的材料―環(huán)境組合”。第3頁/共29頁產(chǎn)生應力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合

(局部腐蝕)第4頁/共29頁產(chǎn)生應力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合

(局部腐蝕)第5頁/共29頁(3)只有拉應力才引起SCC，壓應力反而會阻止或延緩SCC的發(fā)生。

(4)裂縫方向宏觀上和拉引力垂直，其形態(tài)有晶間型，穿晶型，混合型。(5)SCC有孕育期，因此SCC的破斷時間tf可分為孕育期，發(fā)展期和快斷期三部分。(6)發(fā)生SCC的合金表面往往存在鈍化膜或其他保護膜，在大多數(shù)情況下合金發(fā)生SCC時均勻腐蝕速度很小，因此金屬失重甚微。第6頁/共29頁苛性鈉引起的碳鋼熱交換器管道的沿晶應力腐蝕開裂第7頁/共29頁熱風爐爐頂?shù)膽Ωg開裂，溫度在1380℃以上才發(fā)生，原因空氣高溫加熱后產(chǎn)生NOx，在爐頂內(nèi)部結(jié)露生成硝酸第8頁/共29頁熱風爐爐頂應力腐蝕開裂金相照片第9頁/共29頁第10頁/共29頁敏化的不銹鋼在高溫高壓水（250℃，8ppm溶解氧中）的沿晶應力腐蝕開裂第11頁/共29頁

合金耐SCC性能的評定

恒應變試驗恒載荷試驗SCC的影響因素●●力學因素（1）應力使材料發(fā)生形變，而形變使表面膜破裂。應力與環(huán)境腐蝕的相互促進，才使得材料在很弱的腐蝕性介質(zhì)中發(fā)生破壞。（2）臨界應力和臨界應力強度因子第12頁/共29頁破裂速度試樣延伸比率裂紋深度暴露時間拉伸載荷下應力腐蝕破裂擴展速度與裂紋深度的關系恒載荷應力腐蝕破裂試驗中試樣延伸率與時間的關系破裂破裂第13頁/共29頁

低于某個臨界值th時，材料不發(fā)生破裂，th稱為SCC臨界應力。th愈大，材料耐SCC性能愈好。

●●環(huán)境因素（1）SCC對環(huán)境有選擇性（2）氧化劑的存在有決定性作用（3）溫度有著重要的影響。一般來說，溫度升高，材料發(fā)生SCC的傾向增大。（4）干濕交替環(huán)境使有害離子濃縮，SCC更容易發(fā)生。第14頁/共29頁氧PPM1000100101

0。10。010。11101001000氯化物PPM

破裂不破裂數(shù)字為試樣數(shù)目根據(jù)（LeeWilliams）3322224222222333111125111堿-磷鹽處理的鍋爐水中氯化物和氧含量對奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂的影響

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溫度OF400300200100020406080100120產(chǎn)生破裂所需要的時間（小時）溫度對破裂誘發(fā)時間的影響，316及347型不銹鋼在含875ppmNacl的水中（根據(jù)Fontant等）347型316型第16頁/共29頁●●冶金因素

合金的化學成分、熱處理、組織結(jié)構(gòu)、加工狀態(tài)對其SCC敏感性都有影響。對于奧氏體不銹鋼在氯化物溶液中的SCC來說，提高Ni含量，加入硅、銅，有利于提高抗SCC性能。增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但含碳量大則容易產(chǎn)生晶間性SCC。第17頁/共29頁

應力腐蝕破裂的機理

SCC的機理有兩種：陽極溶解(AD)機理：合金在應力和腐蝕的聯(lián)合作用下，局部位置如晶間的析出物、膜的局部破裂處產(chǎn)生了微裂紋，合金的整個表面為陰極區(qū)，裂紋的側(cè)面尤其是尖端為陽極區(qū)，形成了小陰極大陽極的腐蝕電池，裂紋尖端應力集中，發(fā)生變形至屈服，加速陽極溶解，促使裂紋擴展至破裂。陰極保護可以防止和抑制應力腐蝕破裂，是對此理論的證明。第18頁/共29頁氫致開裂(HIC)機理：裂紋的脆性斷裂特征用電化學理論很難解釋。隨腐蝕的進行，裂紋的根部或蝕坑的底部具有高酸度低電位，滿足放氫條件，氫擴散到正在擴展的裂紋邊緣，并在該處形成高度活化的氫化物或氫—應變鐵素體，使該處合金脆化，更有利于裂紋擴展導致破裂第19頁/共29頁陰極C陰極C溶液靜態(tài)金屬陽極區(qū)（穩(wěn)定陽極）AAA*迅速屈服屈服金屬陽極區(qū)（動力陽極）A區(qū)（裂紋兩側(cè)）電流密度~10-5A/cm2A*區(qū)（裂紋尖端）電流密度~0.5A/cm21/2O2+H2O+2e2OH-奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂模型圖（根據(jù)Hoar）第20頁/共29頁氧化物腐蝕產(chǎn)物隨H+陰極還原氫進入合金中H++eH（Fe）H2H氫引起馬氏體小片形成成為裂紋擴展的敏感途徑在擴展的裂紋中的陽極反應當（H+）建立（可能是慢的一步）從孔蝕形成顯微裂紋在裂紋中陽極反應得到高濃度（H+）如：2Cr+3H2OCr2O3+6H++6eH2出口Cl-離子使鈍化膜破壞產(chǎn)生的孔蝕H鈍化表面上的陰極反應：2H2O+2eH2+2OH-?H2O+2e2OH-在氯化物介質(zhì)中奧氏體不銹鋼裂紋形成和擴展模型（根據(jù)Rhodes）第21頁/共29頁選擇適當材料選用鎳基合金、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼、含高硅的A不銹鋼合理設計結(jié)構(gòu)，嚴格控制制造工藝，避免殘余應力a）盡量減少聚集焊縫，交叉焊縫、閉合焊縫；采用對接焊，避免搭接焊；b）嚴格控制制造工藝，尤其是焊接工藝，未焊透、裂紋往往可擴展成應力腐蝕破裂，飛濺物、氣孔形成點蝕源

防止措施第22頁/共29頁

防止措施

消除殘余應力（1）避免局部應力集中（2）考慮設備在運行中因熱膨脹、震動、沖擊等原因可能引起的變形。（3）用熱處理消除殘余應力（4）用表面噴丸、噴砂、錘打等方法消除表面拉應力并引入壓應力，也可以增加合金材料抵抗應力腐蝕破裂的能力。（5）施加陰極保護可以使SCC不發(fā)生，已發(fā)生的裂紋停止生長。第23頁/共29頁鋼種序號熱處理溫度和試驗結(jié)果焊態(tài)650℃1小時650℃1小時650℃1小時650℃1小時650℃1小時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)消除應力熱處理對焊接部伴應力腐蝕破裂的影響

（154℃沸騰Mgcl?試驗)N:未破裂M:母材內(nèi)破裂D:焊縫內(nèi)破裂括號內(nèi)數(shù)字為試驗時間第24頁/共29頁噴丸處理對oCr18Ni10不銹鋼應力腐蝕破裂的抑制效果(42%沸騰Mgcl?試驗)未噴丸處理噴丸處理破斷時間（分）應力（公斤／毫米2）302010102

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10?第25頁/共29頁嚴格控制腐蝕環(huán)境，防止Cl-、OH-濃縮：防止水蒸發(fā)，設備定期清洗，即時排污添加緩蝕劑：如液氨溶液中加0.2%的水保護性覆蓋膜：電鍍、噴鍍、滲鍍，涂料等采用陰極保護:接負電位為-0.8V時，可有效抑制鉻鎳鋼的腐蝕。

防止措施第26頁/共29頁典型案例液氨儲罐應力腐蝕破裂：材質(zhì)為碳鋼，腐蝕裂紋在液相和汽相均有發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼在氯化物溶液中

Cl-濃度小于10-6才是安全的H2S對鋼制壓力容器的腐蝕液化