第五章应力开裂腐蚀
应力腐蚀概述
3个阶段Three stages
2 SCC破裂类型
– 裂纹起源 – 介质缓慢攻击产生凹坑 – 慢速裂纹扩展 – 快速断裂
3. 一般过程
Stress corrosion cracking
3. 一般过程
4. 影响因素
1．物理冶金因素 例如，金属材料的冶炼方式、化学成分及其偏析情况 ，组织、晶粒度、晶格缺陷及其分布情况，材料的物理 、化学及机械等方面的性能，材料的热处理状态及表面 状况等等
一 SCC
材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性 开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐 蚀。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。应 力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏互相促 进裂纹的生成和扩展的过程。 敏感的合金、特定的介质和一定的静应力是发生 应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料， 其应力腐蚀只在特定的介质中发生。这种材料 与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系。 应力腐蚀的机理分为阳极溶解和氢脆机理两种。
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
低碳钢在硝 酸盐溶液中 的应力腐蚀 破裂是典型 的沿晶破裂 ，呈“冰糖 状”断口
Stress corrosion cracking
4. 影响因素 3． 介质环境因素 金属材料所处的介质的性质、成 分、浓度、pH值、温度等等因素 都对应力腐蚀破裂有很大的影响．
4. 影响因素
4 电极电位的影响 电位对应力腐蚀破裂起决定性作用。应力腐 蚀破裂只发生在一定的电位范围内，这个范围 大约只有几百mv。不同材料在不同介质中发 生应力腐蚀的电位区(敏感电位区)不同。
腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系河南邦信防腐材料有限公司2017年3月整理尽管腐蚀疲劳和腐蚀开裂在许多不同的情况下都可能发生，但是在某种程度上，它们被认为具有很大的相关性。
当这两者同时发生时，会在许多行业内造成不可估量的经济损失。
近一个世纪以来，工程材料（主要是金属材料）的腐蚀疲劳已成为全球最重要的研究主题之一。
第一次世界大战期间，这种腐蚀疲劳失效现象首先是在英国皇家海军某个设备的电缆中观察到的。
如今，腐蚀疲劳已被认为是研究最为广泛的腐蚀失效类型之一。
而自1960年代初以来，应力腐蚀开裂（SCC）也逐渐引起了人们的广泛关注。
尽管在许多不同情况下腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会单独发生，但它们仍然被认为具有很大的相关性。
众所周知，当这两种现象同时发生时，会在许多行业中导致设备失效并带来巨大的经济损失。
这些失效都是突发性的和灾难性的，是近年来人们进行广泛的科学和工程研究的重要主题。
但是，要了解腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂如何相互作用，必须首先了解每种腐蚀类型涉及的机理。
什么是应力腐蚀开裂？应力腐蚀开裂（SCC）被定义为由于机械应力和腐蚀的相互作用而发生的开裂现象。
造成应力腐蚀开裂有很多因素，但与其中任何一种单独作用的因素相比，腐蚀性环境这一因素在材料中引起的应力产生的破坏一般更大。
尽管SCC最常见于金属中，但它也可以存在于一些其他材料中，例如聚合物和玻璃等。
SCC带来的结果通常被认为是灾难性的，因为材料的强度会因此发生降低，随后材料的结构也可能发生破坏。
通常情况下，细微的腐蚀裂纹仅在材料的晶界处形成，而其余的区域则不受破坏。
因此，在临时检查中通常很难检测到SCC损伤现象，并且不容易预测损伤的程度。
导致SCC进一步发展的原因之一是某些金属的晶界缺乏钝性。
由于杂质在这些位置的偏析现象改变了材料的微观结构，使材料的表面钝化难以在边界界面处发生。
例如，在某些奥氏体不锈钢中，晶界处的铬金属局部浓度可能大大低于材料表面的局部浓度。
过程装备腐蚀与防护课件-第五章
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 根据PVC材料的特性和具体使用条件确定许用应力 和安全系数
以长期拉伸强度作为计算许用应力的依据
焊缝系数0.85~0.95， 一般取0.6
采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝；
焊缝尽可能错开（多块板材）
越不易水解
耐酸性介质水解的能力： 醚键 > 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键 > 硅氧键 耐碱性介质水解的能力： 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
3、应力腐蚀开裂 在某些条件下，高分子材料在应力和腐 蚀性质共同作用下，发生类似金属应力腐蚀 破裂的现象，出现裂纹，并不断发展直至脆 断。
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 顶盖和筒体结构应采取措施加强刚性，防止变形
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 避免焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈变化
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 考虑到材料的膨胀系数，金属加强构件与塑料设备 之间允许相对自由位移；长管道，加膨胀结
部分结晶的塑料，晶区有应力集中，在晶区与非 晶区的交界处产生裂纹的倾向性就大
应力集中部位，环境应力开裂的可能性大
分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易发生 开裂 在具有中等溶胀能力的醇类、蓖麻油等活性介质 中，材料易发生环境应力开裂
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
4、老化（耐侯性） 影响高分子材料老化的因素：
第五章 非金属结构材料的耐蚀特性
5.1 高分子材料的腐蚀性和影响因素 5.2 耐腐蚀高分子材料 5.3 耐腐蚀无机非金属材料 5.4 碳-石墨
金属在h2s环境中抗硫化应力开裂和应力开裂及应力腐蚀开裂的试验方法
金属在h2s环境中抗硫化应力开裂和应力开裂及应力腐蚀开裂的试验方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：在工业生产中，金属材料常常处于潮湿、含硫化氢的环境中，容易发生应力开裂和应力腐蚀开裂等问题，从而导致设备损坏甚至事故发生。
对金属在H2S环境中的抗硫化应力开裂、应力开裂和应力腐蚀开裂等性能进行试验具有重要意义。
一、实验前的准备工作1. 选择试验样品：根据实际使用条件选择符合要求的金属样品，一般包括不锈钢、碳钢等。
2. 制备试验溶液：根据实际工作环境中的H2S浓度和温度制备相应的试验溶液，通常使用硫化氢溶液。
3. 设备准备：准备好所需的实验设备，包括腐蚀试验仪、拉伸试验机、电化学工作站等。
二、试验方法1. 抗硫化应力开裂试验：（1）制备试样：制备符合标准要求的试样，通常采用缺口试样。
（2）浸泡试样：将试样浸泡在硫化氢溶液中，在设定的环境参数下进行实验。
（3）观察试样：观察试样在实验过程中的裂纹情况，记录裂纹扩展情况和断裂形态。
（2）加载试样：在设备上加载试样施加一定的拉伸载荷，使试样发生应力开裂。
三、实验结果分析通过以上试验方法可以获得金属在H2S环境中的抗硫化应力开裂、应力开裂和应力腐蚀开裂等性能数据，可以用于评估金属材料在潮湿硫化氢环境下的使用寿命和性能稳定性。
同时可以针对不同金属材料提出相应的改进措施和防护措施，减少事故发生的风险。
金属在H2S环境中的抗硫化应力开裂、应力开裂和应力腐蚀开裂试验方法对于工业生产中金属材料的安全可靠运行具有重要意义，通过科学准确的试验方法，可以有效提高金属材料的抗腐蚀性能，延长设备的使用寿命，确保工业生产的安全稳定进行。
第二篇示例：金属材料在高硫化氢（H2S）环境中容易发生应力开裂、应力腐蚀开裂等问题，这不仅会降低金属的使用寿命，也可能带来严重的安全隐患。
研究金属在H2S环境中的耐受性是非常重要的。
为了评估金属对硫化氢的抗性，常常需要进行应力腐蚀开裂试验和应力开裂试验。
附录H-应力腐蚀开裂技术模式
附录H-应力腐蚀开裂技术模式(未经校对，仅供参考)H.1范围本模式是针对机械设备的应力腐蚀开裂（SCC）失效概率而建立的一个技术模式。
碱腐蚀开裂、胺腐蚀开裂、硫化物应力腐蚀开裂（SCC）、氢诱导开裂（HIC）、定向应力氢诱导开裂（SOHIC）、碳酸盐腐蚀开裂、连多硫酸腐蚀开裂（PTA）和氯化物腐蚀开裂（ClSCC）都包含在本模式范围内。
本模式对由于应力腐蚀开裂而造成高度危险的机械设备进行了预测。
专家的建议同样可以用来预测应力腐蚀开裂的敏感度。
H.2技术模式的筛选本技术模式没有筛选问题，所有设备都必须通过此技术模式。
H.2.1基础数据表H-1中列出的是分析应力腐蚀技术模式所必需的基础数据。
H.2.2 附加数据表H-2中列出的是回答应力腐蚀（SCC）筛选问题所需要的数据。
各种类型的SCC所需要的具体数据列在下述各节的基础数据表中。
H.3基本假设本技术模式假设每一个SCC设备的敏感性均可在本模式中适用的范围内确定。
这些敏感性根据工艺、材料、制造的不同而设为高、中、低三种等级。
本模式用“苛刻指数”来确定设备/管线产生应力腐蚀开裂的敏感性（或开始出现裂纹的概率）和由于裂纹引起泄漏的概率。
对已知的裂纹的失效概率判断，本技术模式提供的方法较为简便。
但如果设备存在较为特殊的裂纹或裂纹群，则其失效概率就需要借助更为先进的或可行的方法进行判断。
H.4确定技术模式子因数（TMSF）确定技术模式子因数的流程图见图H-1。
各个步骤及所需的表格在下文中进行叙述。
如果设备中已经检测到有SCC，那么其敏感性则认为是“高”。
如果被检测设备的SCC是已知的，则其敏感性也应升为“高”。
如果被检测设备的SCC是未知的，则设备所有潜在的出现SCC的敏感性都应升为“高”。
H.4.3确定苛刻指数利用表H-3和各个SCC机理的敏感性确定每一潜在/已有SCC机理的苛刻指数。
没有进行过SCC检查的设备的苛刻指数在每一应力腐蚀开裂机理中分别列出。
H.4.3.1最大苛刻指数确定最大苛刻指数并确定哪一种机理将导致最大苛刻指数。
《应力腐蚀》PPT课件
应力腐蚀发生的条件
3)拉伸应力。拉伸应力有两个来源。 一是剩余应力(加工、冶炼、装配)，温差热应力及相变
的相变应力; 二是材料承受外加载荷造成的应力。 一般以剩余应力为主，约占事故的80％左右， 金属与合金所承受的拉应力愈小，断裂时间愈长。 应力腐蚀可在极低的应力下(如屈服强度的5％~10％或
更低)产生。一般认为当拉伸应力低于某一个临界值 时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称应力腐蚀开 裂门槛值，用K1SCC或临界应力σth表示。
• 大气腐蚀条件不同，锈层成分和构造是很复杂的。
Evans认为大气腐蚀的锈层处在潮湿条件下，锈层
起强氧化剂作用,在锈层内阳极反响发生在金属
/Fe3O4 界 面 上 ：
Fe → Fe2+ +2e
(4-3)
• 阴极反响发生在Fe3O4/FeOOH界面上:
• 2)潮大气腐蚀。潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于 100%的大气中，外表存在肉眼看不见的薄的液膜层 (10nm~1μm)发生的腐蚀。如铁没受雨淋也会生锈。
大气腐蚀的分类
3)湿大气腐蚀。湿大气腐蚀指金属在相对湿度大100%， 如水分以雨、雾、水等形式直接溅落在金属外表上， 外表存在肉眼可见的水膜(1μm ~1mm)发生的腐蚀.
大气腐蚀速度与金属外表水膜厚度的关系见图4-1。
腐蚀速度与水膜厚度的规律
1)区域I 金属外表只有约几个水分子厚(1~10nm)水膜， 还没有形成连续的电解质溶液，相当于干的大气腐 蚀．腐蚀速度很小。
2)区域II 金属外表水膜厚度约在1μm时，由于形成连续 电解液层，腐蚀速度迅速增加，发生潮的大气腐蚀。
• 3)区域III 失稳断裂区，裂纹深度已接近临界尺寸 acr , 当超过这个值时，应力强度因子到达K1c时， 裂纹生长率迅速增加直至发生失稳断裂。
1-5应力腐蚀开裂
1-5 应力腐蚀开裂概述因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂称腐蚀破裂。
金属材料的腐蚀有多种，按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀介质可分为：氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等；按腐蚀部位和破坏现象，可分为：均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
金属材料在特定腐蚀环境下，受拉应力共同作用时所产生的延迟开裂现象，称为“应力腐蚀开裂”。
应力腐蚀开裂属于环境敏感断裂范畴。
并非任何环境都会产生应力腐蚀开裂，应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程，一定的金属材料只在某一特定的腐蚀环境中才会产生应力腐蚀开裂。
有拉伸应力存在，是应力腐蚀开裂的先决条件，焊接剩余拉应力有着极为重要的影响！在锅炉压力容器部件的腐蚀中，应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种！已成为工业（特别是石油化工）中越来越突出的问题（参见：化工设备损伤事例统计表），石油化工焊接结构的破坏事故中，约有半数为应力腐蚀开裂。
化工设备（低于300ºC）损伤事例统计表①包括腐蚀疲劳开裂，一般约占8% 。
因此，必须从结构设计及施工制造方面考虑洚低剩余拉应力，以提高结构的抗应力腐蚀开裂性能。
当然，还应从生产管理方面考虑降低介质的腐蚀作用。
本节主要是了解应力腐蚀开裂的特征，以防止、控制应力腐蚀开裂。
一. 应力腐蚀开裂特征：1. 应力腐蚀开裂条件：（1）合金----纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。
极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。
各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。
（2）拉应力-----引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏（不管拉应力多么小，只要能引起变形滑移，即可促使产生应力腐蚀开裂）。
应力既可由载荷引起，也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。
（3）腐蚀性介质----产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系，即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。
应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂一．概述应力腐蚀是材料、或在静(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。
它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。
常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。
由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。
加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。
这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。
应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。
一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。
应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。
为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。
其次应合理设计零件和构件，减少。
改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。
采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。
此外，采用阴极保护法见也可减小或停止应力腐蚀。
本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。
，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。
二．应力腐蚀开裂特征（1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。
这种拉应力的来源可以是：1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。
2．加工，制造，热处理引起的内应力。
3．装配，安装形成的内应力。
4．温差引起的热应力。
5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
（2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。
应力腐蚀
应力腐蚀（一）应力腐蚀现象金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。
其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。
由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。
不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的：1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。
这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。
一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。
2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。
产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。
3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。
常见合金的应力腐蚀介质：碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。
马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金：水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金：湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气（二）应力腐蚀断口特征与疲劳相似，应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和扩展这两个过程来进行的，一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右，而裂纹扩展仅占10%左右。
承压设备损伤之应力腐蚀开裂
承压设备损伤之应力腐蚀开裂承压设备损伤之应力腐蚀开裂1.3 应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而互生失效的一种通用术语。
发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。
这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
《承压设备损伤模式识别》、《容器定检规》中称为“环境开裂”（共列出13种）：氯化物应力腐蚀开裂、碳酸盐、硝酸盐、碱、氨、胺、湿硫化氢破坏（氢鼓包、氢致开裂、应力导向型氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂）、氢氟酸致氢应力开裂、氢氰酸致氢应力开裂、氢脆、高温水、连多硫酸、液体金属脆断等等。
>>裂纹特征应力腐蚀的宏观裂纹均起自于表面且分布具有明显的局部性；裂纹的走向与所受应力，特别是与残余应力有密切关系；裂纹常呈龟裂和风干木材状，裂纹附近未见塑性变形；除裂纹部位外，其它部位腐蚀轻微，且常有金属光泽。
>>在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹。
应力腐蚀裂纹的微观形貌多为穿晶型，但也多见沿晶型和穿晶＋沿晶混合型；裂纹的宽度较小，而扩展较深，裂纹的纵深常较其宽度大几个数量级；>>裂纹既有主干也有分支，典型裂纹多貌似落叶后的树干和树枝，裂纹尖端较锐利。
典型的应力腐蚀开裂裂纹及其微观形貌沿晶裂纹穿晶裂纹>>断口形貌应力腐蚀的宏观断口多呈脆性断裂。
断口的微观形貌，穿晶型多为准解理断裂，并常见河流，扇形，鱼骨，羽毛等花样；而沿晶型则多为冰糖块状花样。
断口扫描电镜微观形貌－解理＋微裂纹沿晶断口，晶间存在微裂纹1.3.1 氯化物应力腐蚀开裂奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂。
>>损伤机理氯离子易吸附在奥氏体不锈钢表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏。
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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、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 移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜”金属。 有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化-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
第五章应力开裂腐蚀
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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（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，导致材料脆断）、阳极溶解和氢脆共同作 用的机理。
1、阳极溶解机理：应力腐蚀断裂主要是指金属材料在静拉 应力与腐蚀介质共同作用下，由于裂纹尖端区阳极溶解过程控 制引起脆断（APC-SCC）。属于这类机理的有低碳钢、铝合 金和铜合金的SCC。
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
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。
第五章应力开裂腐蚀
18
第五章应力开裂腐蚀
19
2、氢脆机理
认为：金属材
料在拉应力 和
腐蚀介质共同作
用下，由于阴极
还原反应产生的
氢原子扩散到裂
第五章应力开裂腐蚀
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（3）溶液中pH值的影响：对不锈钢而言，pH值增加减缓 了应力腐蚀。
第五章应力开裂腐蚀
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纯度达9999%的铜在含氨介质中不会腐蚀断裂，但含有
004%磷或001%锑时，则发生开裂。
第五章应力开裂腐蚀
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3、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生 SCC。如表7-1所示这种特定的腐蚀介质在含量较少时也会 造成应力腐蚀。
第五章应力开裂腐蚀
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第五章应力开裂腐蚀
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4、一般情况下，只有拉应力（张应力）才能引起应力腐蚀断裂。 拉应力愈大，断裂时间愈短。断裂所需应力，一般都低于材料的 屈服强度。压应力不发生应力腐蚀，应力腐蚀裂纹走向宏观上与 拉应力方向垂直。
第五章应力开裂腐蚀
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第五章应力开裂腐蚀
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应力作用：（1）破坏钝化膜
第五章应力开裂腐蚀
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应力作用：（2）加速Cl-和OH-的吸附溶解
第五章应力开裂腐蚀
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2、介质环境因素
（1）特殊离子及其浓度的影响：氧浓度、氯化物浓度 影响如图所示。
第五章应力开裂腐蚀
25
（2）温度：
一般来说，温度升 高 ， SCC 容 易 发 生， 但温度过高，由于产 生全面腐蚀，而抑制 了应力腐蚀。
5.5 应力作用下的局部腐蚀
• 5.5.1 应力腐蚀断裂
• 5.5.2 金属的氢脆和氢损伤• 5.5.3ຫໍສະໝຸດ 腐蚀疲劳第五章应力开裂腐蚀
1
5.5.1 应力腐蚀断裂 Stress Corrosion Cracking
应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂（或断 裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。
应力腐蚀断裂，简称SCC，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断裂。
第五章应力开裂腐蚀
15
（1）黄铜的SCC机理
溶液中的铜氨络离子Cu(NH3)n2+的存在是黄铜氨脆所必 需条件，它是由于溶解在溶液中的氨气、氧气与铜反应生 成的。
Cu + nNH3 + 1/2 O2 + H2O Cu(NH3)n2+ + 2OH黄 铜 在 成 膜 溶 液 中 （ 含 Cu2+ 和 NH4+ 离 子 溶 液 ， pH=64~73中生成一层Cu2O膜） 主要是晶间断裂。
第五章应力开裂腐蚀
11
316L不锈钢应力腐蚀断口
氢致解理断口
穿晶脆性断裂组织图 第五章应力开裂腐沿蚀 晶脆性断裂组织图 12
7、应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结构，裂纹走向垂直 于应力方向。
第五章应力开裂腐蚀
13
应力腐蚀断裂的机理
目前关于应力腐蚀断裂机理已达十几种，帕金斯于 1964年提出“应力腐蚀谱”的观点，把各种SCC类型及 其机理排列起来构成一个连续的谱，如下表所示。
第五章应力开裂腐蚀
5
第五章应力开裂腐蚀
6
4、外在应力的存在导致应力开裂
第五章应力开裂腐蚀
7
应力腐蚀断裂的特征
1、产生应力腐蚀断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。
材料因素 力学因素
SCC
环境因素
2、发生应力腐蚀断裂的主要是合金，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，
5、应力腐蚀断裂是一种典型的滞后破坏，这种滞后破坏过程可 分三个阶段：第一阶段为裂纹孕育期，这个阶段占断裂总时间的 90%；第二阶段为裂纹扩展期；第三阶段为快速断裂期。整个断 裂时间与材料、应力和环境有关，短的几分钟，长的达几年。腐 蚀速率介于均匀腐蚀速率和单纯断裂速度之间。
6、应力腐蚀裂纹形态有三种：晶间型、穿晶型和混合型。 晶间 型是指裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金等。
所谓固定拉应力是指方向一定，大小可变的拉伸 应力。应力腐蚀断裂危害极大，人们称为“灾难性 腐蚀”。
第五章应力开裂腐蚀
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不同情况引起的应力腐蚀断裂
1、由于弯曲残余应力引起的 该裂纹多为纵向形式
第五章应力开裂腐蚀
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2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹
第五章应力开裂腐蚀
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3、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹
在成膜溶液中的沿晶界断裂机理：在铜合金表面存在 Cu2O膜，韧性差；在应力作用下发生脆性破裂。
在不成膜溶液中（ pH=78~112 时，铜合金处于活性溶
解），在应力的作用引起露头的位错优先溶解，因而裂纹
第五章应力开裂腐蚀
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沿着位错密度最高的途径扩展。
第五章应力开裂腐蚀
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（2）滑移-溶解-断裂机理 ——奥氏体不锈钢
纹尖端的金属内
部引起并控制脆
断。这种应力腐
蚀称为氢脆型
SCC（HE-
SCC）。也称氢
的滞后开裂。
第五章应力开裂腐蚀
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影响应力腐蚀断裂的因素
1、应力
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； （2）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； （3）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。 外加应力愈大，材料断裂时间愈短。如图所示。