凡是應力和腐蝕介質共同作用引起的斷裂,稱為應力腐蝕破壞。一般所說的應力腐蝕是一種較為復雜的現象。當應力不存在時,腐蝕十分微小;而施加應力經過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發生脆斷。這類應力腐蝕斷裂有如下三個共同特征。
①. 應力必須是拉伸的,拉伸應力愈大,則斷裂時間愈短。
②. 腐蝕介質是特定的,只有某些金屬與介質的組合才會產生應力腐蝕斷裂,例如,黃銅的氨脆、鍋爐鋼的堿脆、低碳鋼的硝脆、高強度鋼的氫脆、奧氏體不銹鋼管的氯脆等。使不銹鋼產生應力腐蝕的介質和金屬的組合例子,列于表3-9。
③. 斷裂速度(0.001~0.3cm/h)遠大于沒有應力時的腐蝕破壞速度,但又小于單純的力學斷裂速度,斷口屬于脆斷型。
應力腐蝕裂紋是在奧氏體不銹鋼管中,在焊接部分等的殘余應力和特定的腐蝕條件下發生的應力腐蝕裂紋(SCC)。
奧氏體型不銹鋼雖然具有優越的耐腐蝕性,但是,在特定的腐蝕條件下,易發生應力腐蝕裂紋(SCC)。應力腐蝕裂紋是由拉伸應力和腐蝕兩種因素共同作用而引起的斷裂狀腐蝕。一般情況是在含有氯離子(Cl-)的環境中,處于拉伸應力狀態下發生的。
圖3-7顯示的是一個熱交換器用不銹鋼管,發生的應力腐蝕開裂的實例。
不銹鋼管的表面狀態分為活性狀態、活化鈍化狀態、鈍化狀態及過鈍化狀態四種,參看圖1-5不銹鋼的極化曲線。應力腐蝕裂紋發生在活性狀態、活性鈍化狀態及過鈍化狀態三種情況下,尤其是在中性(介質)附近的鈍化狀態中,引起的比較多。在活性態中的應力腐蝕裂紋是不銹鋼表面腐蝕。在應力造成的局部破壞部位上,陽極溶解快速進行成為裂紋狀,當有氯離子(Cl-)存在時,才會促進陽極溶解。在中性附近的鈍化中,在不銹鋼表面鈍化薄膜發生嚴重破壞時,應力腐蝕裂紋反而不發生,只有在氯離子(Cl-)存在的鈍化薄膜被破壞,進行局部的陽極溶解,由于應力存在使之發生并傳播,就會產生應力腐蝕裂紋。斷裂是在應力垂直角方向上發生的,一般是邊產生邊發展。作為使用環境來講,幾乎全部是發生在所有氯離子(Cl-)環境中。其他如高濃度的堿或酸也會引起應力腐蝕裂紋。表3-9列出了幾種不銹鋼系列產生應力腐蝕的介質。
不銹鋼管只有在鈍化狀態下才是耐腐蝕的,它有最小的腐蝕電流,腐蝕速度很小。
溫度對其影響很大,溫度越高則應力腐蝕裂紋越容易發生。在實際環境中,在70℃以下的應力腐蝕裂紋的實例幾乎沒有,如圖3-8所示。這里所說的應力,包括操作時的動作應力、熱應力、裝置的約束應力、冷加工以及焊接時的殘余應力等。減少和防止應力腐蝕裂紋的對策列于表3-10。