應(yīng)力腐蝕講義課件

應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆測(cè)試方法一、應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆敏感性的判據(jù)應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆測(cè)試方法一、應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆敏感性的判據(jù)11、開裂時(shí)間tc及斷裂時(shí)間Tf

金屬材料在不同的應(yīng)力狀態(tài)下和不同的介質(zhì)環(huán)境中的開裂或斷裂時(shí)間；或者在一定應(yīng)力狀態(tài)下和一定的介質(zhì)環(huán)境中，可以用應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆斷裂或開裂的時(shí)間來表示某種金屬的應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆的敏感性。一般來說，斷裂或開裂時(shí)間越短，應(yīng)力腐蝕破裂及環(huán)境氫脆的敏感性越大。1、開裂時(shí)間tc及斷裂時(shí)間Tf2在125℃沸騰的MgCl2和CaCl2中，pH值對(duì)0Cr18Ni10鋼應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)間的影響在125℃沸騰的MgCl2和CaCl2中，pH值32、臨界應(yīng)力

SCE

金屬材料在特定的腐蝕環(huán)境中，應(yīng)力水平越高，破裂時(shí)間越短；應(yīng)力水平越低，破裂時(shí)間越長(zhǎng)。原則上說，當(dāng)應(yīng)力水平低于某一數(shù)值時(shí)，不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。該應(yīng)力為臨界應(yīng)力，它是評(píng)定應(yīng)力腐蝕破裂敏感性的重要指標(biāo)。2、臨界應(yīng)力SCE金屬材料在特定的腐蝕環(huán)境4各種工業(yè)用不銹鋼在MgCl2介質(zhì)中對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性各種工業(yè)用不銹鋼在MgCl253.破裂深度hf

應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性，還可以用應(yīng)力腐蝕裂紋的深度，或平均裂紋深度，或是最大裂紋深度來表示。在一定條件下，應(yīng)力腐蝕裂紋深度越大，應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性也越大。3.破裂深度hf應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性，還可以用應(yīng)力6應(yīng)力腐蝕講義ppt課件74、試樣破裂百分比

用應(yīng)力腐蝕試樣在特定條件下發(fā)生破裂和未發(fā)生破裂的百分?jǐn)?shù)來表示敏感性。水中Cl-濃度對(duì)0Cr18Ni10鋼SCC敏感性的影響4、試樣破裂百分比

用應(yīng)力腐蝕試樣在特定條件下發(fā)生破85、應(yīng)力腐蝕破裂敏感系數(shù)

在特定條件下，把應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)間的倒數(shù)，稱為破裂敏感系數(shù)。當(dāng)破裂敏感系數(shù)越大時(shí)，材料的應(yīng)力腐蝕敏感性也越大。

Ni對(duì)18％Cr鋼和合金的SCC傾向影響示意圖1－穿晶破裂2－晶間破裂5、應(yīng)力腐蝕破裂敏感系數(shù)

在特定條件下，把應(yīng)96、應(yīng)力腐蝕破裂臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC

KISCC系指在應(yīng)力腐蝕破裂條件下的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。KISCC的實(shí)用價(jià)值在于它可以預(yù)示材料在特定環(huán)境中抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力和使用壽命以及是否處于安全使用狀態(tài)。KISCC可以實(shí)測(cè)得到，也可以通過計(jì)算方法求得。一般，通過理論方法求得KISCC十分麻煩，工程上多通過實(shí)測(cè)得到。6、應(yīng)力腐蝕破裂臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCCKIS107、裂紋擴(kuò)展速率da/dt及裂紋擴(kuò)展速度v

應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/dt，是評(píng)定金屬材料應(yīng)力腐蝕破裂敏感性的重要指標(biāo)。一般來說，da/dt越大，材料的應(yīng)力腐蝕敏感性也越大。已經(jīng)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的典型的da/dt－K曲線如下圖。從圖中看出，它分為三個(gè)階段：（1）K值超過KISCC達(dá)到某一門坎值KTH，裂紋隨K值的增加迅速擴(kuò)展，da/dt與K基本呈線性關(guān)系；(2)當(dāng)K增加到某一數(shù)值時(shí)，這時(shí)的裂紋擴(kuò)展速度達(dá)到某一穩(wěn)定值，裂紋擴(kuò)展速率基本是一個(gè)常數(shù)，da/dt與K幾乎無關(guān)；（3）當(dāng)K繼續(xù)增加到某一數(shù)值時(shí)，隨著K增加，da/dt迅速增加，當(dāng)K增加到KIC，材料發(fā)生機(jī)械失穩(wěn)斷裂。7、裂紋擴(kuò)展速率da/dt及裂紋擴(kuò)展速度v應(yīng)力腐11典型的da/dt－K曲線（K為應(yīng)力強(qiáng)度因子）典型的da/dt－K曲線（K為應(yīng)力強(qiáng)度因子）128、破裂電位范圍和臨界破裂電位

大量的例子表明，對(duì)于某一特定體系應(yīng)力腐蝕破裂只發(fā)生于一定的電位以上，低于這個(gè)電位則不會(huì)發(fā)生，這個(gè)電位值稱為應(yīng)力腐蝕破裂臨界電位。在沸騰的42％MgCl2溶液中，18－8Ti不銹鋼的電位－斷裂時(shí)間關(guān)系8、破裂電位范圍和臨界破裂電位大量的例子表明13二、試樣及測(cè)試方法的類型二、試樣及測(cè)試方法的類型141、試樣類型光滑試樣缺口試樣缺口預(yù)制裂紋試樣1、試樣類型光滑試樣152、測(cè)試方法分類恒載荷法－－試驗(yàn)過程中載荷不變；恒應(yīng)變法－－試驗(yàn)過程中加一恒定的應(yīng)變；KISCC及da/dt測(cè)定法；慢應(yīng)變法；恒應(yīng)力法，或稱恒K1法。2、測(cè)試方法分類恒載荷法－－試驗(yàn)過程中載荷不變；163、應(yīng)力腐蝕破裂試驗(yàn)中的困難應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的試驗(yàn)周期一般較長(zhǎng)，要保持試驗(yàn)介質(zhì)的濃度、溫度等試驗(yàn)條件不變，是比較困難的，而這些都將影響試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)如何縮短試驗(yàn)周期，加速應(yīng)力腐蝕破裂過程，也是需要解決的問題。應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的試樣是浸在腐蝕介質(zhì)中的，因此對(duì)于裂紋擴(kuò)展情況的觀察和測(cè)量都受到限制。應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的微區(qū)電化學(xué)過程的測(cè)試，還存在技術(shù)上的困難，如微區(qū)的電極電位，微區(qū)的極化曲線等等的測(cè)量，目前還相當(dāng)困難。應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的影響因素很多，往往試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)很分散，而且重現(xiàn)性較差，因此處理很困難。3、應(yīng)力腐蝕破裂試驗(yàn)中的困難應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的試驗(yàn)周期一般較長(zhǎng)，17三、應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆敏感性常用測(cè)試方法簡(jiǎn)介三、應(yīng)力腐蝕及環(huán)境氫脆敏感性常用測(cè)試方法簡(jiǎn)介181、拉伸試驗(yàn)

a、恒載荷拉伸試樣拉伸試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)示意圖彈簧加載拉伸試驗(yàn)1、應(yīng)力傳感器；2、試樣；1、彈簧；2、腐蝕鍋；3、腐蝕鍋；4、砝碼3、試樣

1、拉伸試驗(yàn)

a、恒載荷拉伸試樣拉伸試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)示意圖19b、恒變形拉伸試樣b、恒變形拉伸試樣202、彎曲試驗(yàn)

a、二支點(diǎn)彎曲試樣二支點(diǎn)彎曲試樣及試樣架H可調(diào)試樣架(b)及應(yīng)變測(cè)量裝置（a）2、彎曲試驗(yàn)

a、二支點(diǎn)彎曲試樣二支點(diǎn)彎曲試樣及試樣架H可調(diào)21b、三點(diǎn)彎曲試樣恒應(yīng)變?nèi)c(diǎn)彎曲恒載荷三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)試樣及試驗(yàn)裝置

1－棒；2－試樣；3－荷重b、三點(diǎn)彎曲試樣22C、四點(diǎn)彎曲試樣恒應(yīng)變四點(diǎn)彎曲試樣及試樣架C、四點(diǎn)彎曲試樣23恒應(yīng)變四點(diǎn)彎曲試樣及試樣架1－棒；2－試樣；3－荷重恒應(yīng)變四點(diǎn)彎曲試樣及試樣架24d、雙彎梁d、雙彎梁253、U形彎曲試樣U形試樣彎曲過程3、U形彎曲試樣U形試樣26常用的U形試樣1－焊接或縛緊；2－焊接；3－夾緊前；4－受力試樣常用的U形試樣274、C形環(huán)試驗(yàn)C形環(huán)試樣取樣的方法(a)－管材(b)－棒材(c)－板材4、C形環(huán)試驗(yàn)C形環(huán)試樣28C形環(huán)試樣受力方法C形環(huán)試樣受力方法295、O形環(huán)試驗(yàn)O形環(huán)試樣及加力塞子(a)O形環(huán)試樣；(b)加載塞子5、O形環(huán)試驗(yàn)O形環(huán)試樣及加力塞子306、叉形試驗(yàn)調(diào)音叉試樣6、叉形試驗(yàn)調(diào)音叉試樣317、薄板預(yù)變形試驗(yàn)預(yù)變形薄板試樣7、薄板預(yù)變形試驗(yàn)預(yù)變形薄板試樣328、焊接接頭應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

a、焊接彎梁試樣焊接彎梁試樣組合件1－焊接拉伸面；2－焊接壓縮面；3－焊接根部8、焊接接頭應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

a、焊接彎梁試樣焊接彎梁試樣組合件33b、焊接圓盤試樣b、焊接圓盤試樣349、管狀試驗(yàn)內(nèi)部壓力下應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的管狀試樣和固定架1－向管內(nèi)加壓應(yīng)力及腐蝕劑2－焊接9、管狀試驗(yàn)內(nèi)部壓力下應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的管狀試樣和固定架3510、鍋爐堿脆模擬試驗(yàn)裝置鍋爐堿脆試驗(yàn)裝置1－鍋爐水進(jìn)；2－鍋爐水出；3－通過鍋爐水到試樣；4－濃縮液；5－蒸汽；6－試樣；7－壓緊板；8－墊片；9－夾緊螺母；10－調(diào)節(jié)螺釘10、鍋爐堿脆模擬試驗(yàn)裝置鍋爐堿脆試驗(yàn)裝置3611、掛片試驗(yàn)海水掛片試驗(yàn)裝置1－氣箱；2－試片架；3－試片；4－繩；5－鍵；6－水線11、掛片試驗(yàn)海水掛片試驗(yàn)裝置37四、KISCC及da/dt測(cè)試方法

1、試樣分類

KISCC的測(cè)試方法一般采用缺口預(yù)制裂紋試樣。根據(jù)開缺口及預(yù)制裂紋的情況可分為：?jiǎn)稳笨陬A(yù)制裂紋試樣；雙缺口預(yù)制裂紋試樣；表面預(yù)制裂紋試樣；圓周預(yù)制裂紋試樣等。四、KISCC及da/dt測(cè)試方法1、試樣分類38SCC預(yù)制裂紋試樣分類SCC預(yù)制392、恒負(fù)載KI增加試樣

a、單缺口恒拉伸預(yù)制試樣（SEL試樣）2、恒負(fù)載KI增加試樣

a、單缺口恒拉伸預(yù)制試樣（SEL試樣40b、恒負(fù)載三點(diǎn)彎曲試樣（3PB試樣）b、恒負(fù)載三點(diǎn)彎曲試樣（3PB試樣）41c、恒負(fù)載四點(diǎn)彎曲試樣（4BP試樣）c、恒負(fù)載四點(diǎn)彎曲試樣（4BP試樣）42d、恒負(fù)載懸臂彎曲試樣（CB試樣）d、恒負(fù)載懸臂彎曲試樣（CB試樣）43e、恒負(fù)載中心預(yù)制裂紋試樣（CC試樣）e、恒負(fù)載中心預(yù)制裂紋試樣（CC試樣）44f、恒負(fù)載表面預(yù)制裂紋f、恒負(fù)載表面預(yù)制裂紋45g、雙缺口預(yù)裂紋拉伸試樣g、雙缺口預(yù)裂紋拉伸試樣46h、圓棒形預(yù)裂紋拉伸試樣h、圓棒形預(yù)裂紋拉伸試樣47i、緊湊拉伸試樣（CT）i、緊湊拉伸試樣（CT）483、恒位移K1減小試樣

a、緊湊拉伸型試樣孔的中心與試樣中心偏差在1o以內(nèi)缺口中心與試樣中心偏差在1.27mm以內(nèi)與（w-a)無關(guān)的單缺口恒位移緊湊拉伸試樣3、恒位移K1減小試樣

a、緊湊拉伸型試樣孔的中心與試樣中心49與（w-a)有關(guān)的單缺口恒位移緊湊拉伸試樣與（w-a)有關(guān)的單缺口恒位移緊湊拉伸試樣50b、WOL－T試樣b、WOL－T試樣51c、雙懸臂梁試樣（DCB試樣）1－疲勞裂紋；2－應(yīng)力腐蝕破裂；3－機(jī)械失穩(wěn)破裂c、雙懸臂梁試樣（DCB試樣）1－疲勞裂紋；2－應(yīng)力腐蝕破裂52d、恒位移中心預(yù)裂試樣d、恒位移中心預(yù)裂試樣534、恒K1試樣

a、錐梯形試樣4、恒K1試樣

a、錐梯形試樣54b、與（w-a）無關(guān)的錐梯形試樣b、與（w-a）無關(guān)的錐梯形試樣55c、與（w-a）有關(guān)的錐梯形試樣c、與（w-a）有關(guān)的錐梯形試樣565、KISCC及da/dt的測(cè)試步驟a、試樣的準(zhǔn)備應(yīng)力腐蝕破裂試樣的截取，要考慮到母材的軋制方向，不同取向的試樣，試驗(yàn)結(jié)果不一樣。

5、KISCC及da/dt的測(cè)試步驟a、試樣的準(zhǔn)備57b、平面應(yīng)變的條件是

B，a，（W－a）2.5(KISCC/

s)2

試樣尺寸只有滿足上述條件，測(cè)得的KISCC才是有效的。

b、平面應(yīng)變的條件是

B，a，（W－58C、試樣的加工

試樣的加工，要求保證尺寸公差和表面光潔度，缺口的加工一般要求在線切割機(jī)上進(jìn)行，預(yù)制疲勞裂紋在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，預(yù)制疲勞裂紋的走向和試樣中心的偏差一般不超過10o。C、試樣的加工試樣的加工，要求保證尺寸公差和表面光潔59d、試驗(yàn)步驟

——以懸臂梁彎曲的試驗(yàn)步驟為例將試樣按要求裝置在試驗(yàn)機(jī)上，首先在空氣中逐漸加大載荷，直至裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂，然后求KIC。降低載荷，使試樣的初始應(yīng)力強(qiáng)度因子KIi低于KIx的情況下，在特定腐蝕介質(zhì)中試驗(yàn)，經(jīng)過一段時(shí)間，試樣斷裂；然后再降低KIi，當(dāng)KIi降低到某一極限值，試樣不再發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，這個(gè)極限值是KISCC。用差動(dòng)變壓器或位移傳感器測(cè)量加載點(diǎn)的位移

，求出裂紋的長(zhǎng)度a，繪制a-t曲線，根據(jù)a-t，可以求出da/dt。d、試驗(yàn)步驟

——以懸臂梁彎曲的試驗(yàn)步驟為例將試樣按要求60K1-tF曲線K1-tF曲線61五、慢應(yīng)變率法試驗(yàn)SERT型慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)慢應(yīng)變率法，又稱恒應(yīng)變率法，它是將拉伸試樣放在特定的介質(zhì)中，然后在慢應(yīng)變率試驗(yàn)機(jī)上，用一定的、緩慢的應(yīng)變速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，直到拉斷。五、慢應(yīng)變率法試驗(yàn)SERT型慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)62六、應(yīng)力腐蝕案例六、應(yīng)力腐蝕案例63不銹鋼管與管板脹接部位的橫向裂紋管與管板連接方式很多，在應(yīng)力腐蝕工程事故分析中，多遇到脹－焊連接，僅脹未焊連接還僅焊未脹連接三種。部分脹－焊連接方式見圖。

大量事故分析表明，不論是脹－焊還是僅脹未焊連接，不銹鋼管束應(yīng)力腐蝕裂紋多位于脹與未脹過渡區(qū)。

這與滾脹連接時(shí)，局部變形，受有較大的縱向殘余拉應(yīng)力有關(guān)。實(shí)測(cè)表明，此處縱向應(yīng)力一般高達(dá)相當(dāng)于屈服強(qiáng)度的數(shù)值。

不銹鋼管與管板脹接部位的橫向裂紋管與管板連接64

0Cr15Ni75Fe耐蝕合金管材與管板脹接后，滾脹區(qū)內(nèi)表面殘余應(yīng)力分布

0Cr15Ni75Fe耐蝕合金管材與管板脹接后，滾脹區(qū)內(nèi)65案例：CO2高壓熱交換器管的破裂材質(zhì)：0Cr18Ni10尺寸及結(jié)構(gòu)：?19×1.6，共232根，每根長(zhǎng)8.5米。管與管板采用脹焊連接。工作環(huán)境：