关注碱性应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂 解决方案
应力腐蚀开裂解决方案应力腐蚀开裂这事儿啊，就像身体里有个小恶魔在搞破坏，不过咱有办法治它！一、从材料本身入手。
1. 选材讲究。
首先呢，咱得选那些抗应力腐蚀开裂能力强的材料。
就好比找个身强力壮、不容易生病的人来干活一样。
比如说，要是在那种容易有应力腐蚀的环境里，不锈钢可能比普通碳钢要好得多。
如果是在含氯离子的环境里，那就别傻愣愣地用那些不耐氯离子腐蚀的材料啦，得挑那些专门针对这种环境的特殊不锈钢，像316L不锈钢就比304不锈钢在这方面表现更好，就像挑选手套，得挑那种最适合工作环境的。
2. 材料改性。
对材料进行改性也是个好主意。
就像给材料吃点“补药”，让它变得更坚强。
可以进行热处理，通过加热和冷却的过程来改变材料的内部结构。
比如说，正火处理可以细化晶粒，让材料的内部组织更加均匀，这样它就能更好地抵抗应力腐蚀开裂啦。
还有表面处理也很有用，像喷丸处理，就像是给材料的表面做个按摩，让表面产生压应力，这就相当于给材料穿上了一层抗压的小铠甲，能有效地抵抗外界的拉应力，从而减少应力腐蚀开裂的可能性。
二、控制应力这头“怪兽”1. 应力消除。
应力要是太大，材料肯定受不了，就像人压力太大也会崩溃一样。
所以要把应力给消除掉。
一种办法是采用退火处理，把材料加热到一定温度，然后慢慢冷却，就像让材料放松一下，把那些积攒的应力都释放出去。
还有啊，如果是在制造过程中产生的残余应力，像焊接后的结构，那就得用一些特殊的方法。
比如说振动时效，就像给焊接后的结构来个小震动，把里面那些不安分的应力给抖搂出来，让结构变得更稳定，不容易出现应力腐蚀开裂。
2. 合理设计结构。
在设计结构的时候啊，可不能乱来。
要尽量避免应力集中的情况。
就好比盖房子，你不能把所有的重量都压在一个小角落里，那样肯定会出问题。
在机械结构设计里也是一样的道理。
比如说，把零件的棱角都设计成圆角，而不是尖锐的直角，这样应力就不会都挤在那个尖尖的角上啦。
还有啊，要合理安排结构的受力情况，让应力分布得更加均匀，就像大家一起分担工作，而不是把所有的活儿都压在一个人身上。
10-应力腐蚀开裂-氢致开裂
四、氢致开裂的机理——氢鼓泡（生成氢分子）
氢鼓泡机理示意图
➢ H2S是弱酸，在酸性溶 液中主要以分子形式存在；
➢ 在金属表面阴极反应生 成大量的氢原子；
➢ 氢原子渗入金属内部， 通过扩散达到缺陷处，析出 氢气产生高压；
➢ 非金属夹杂物（如Ⅱ型 MnS）为裂纹的主要形核位 置。
34
抑制氢鼓泡的措施
机械原因：材料受力变形时造成钝化 膜破坏。
17
2、溶解（裂纹扩展）
➢ 裂纹扩展的可能途径：预先存在活性通道和应变产生的 活性通道。 ➢ 活性通道理论（拉伸应力较小时）
大的应力作用在裂缝尖端应力集中，使表面膜破裂。 合金中预先存在一条对腐蚀敏感的通道，在特定介质条 件下成为活性阳极。 形成活性通道可能性有：合金成分结构差异；晶界或亚 晶界；局部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面 膜局部破裂；塑性变形引起的阳极区等。
氢原子
d
氢分子
a
c b
表面铁原子
e
h
+
++
++ h’
f
渗碳体或
g
固溶体碳原子
g’
内部铁原子
钢的氢腐蚀机理模型示意图
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铁素体晶体结构和显微组织 含碳少
奥氏体晶体结构和显微组织 含碳多
抑制氢腐蚀的措施
➢ 温度：各种钢发生氢腐蚀的起始温度为200oC以上。 ➢ 氢分压：氢分压低时，发生表面脱碳难以鼓泡或开裂。 ➢ 介质气体：含氧或水蒸气时，降低氢进入钢中的速度； 含H2S时，孕育期变短。 ➢ 合金元素：碳含量增加，孕育期变短；加入形成碳化物 金属（Ti、Nb、Mo、W、Cr），减少甲烷生成；MnS为裂 纹源的引发处，应去除。 ➢ 热处理和冷加工。
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。
第五章-应力腐蚀开裂
第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.2 应力腐蚀的环境因素
2） 温度的影响
一般来说，环境温度越高，开裂越 快，有的应力腐蚀体系存在一个临界开 裂温度。
316L不锈钢在1%NaOH溶液中慢应变 速率试验时，当温度由200℃提高到 280℃ ，试样的延伸率、断裂时间和最 大断裂应力均明显下降。
短则几天，长则数年。
第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.4 应力腐蚀开裂的过程
2）应力腐蚀失效过程
裂纹从腐蚀坑萌生后，在应力和阳极溶 解的共同作用下进行亚稳定扩展。
裂纹的扩展方向总体是与外加拉应力垂 直，但存在很多的分叉现象，即多裂纹扩展，
黄铜季裂后，裂纹是沿晶扩展，在主裂纹的 侧面形成一些侧裂。
（4）拉应力能引起应力腐蚀，压应力较小时会阻止或延缓应力腐蚀。但压 应力过大时，也会引起应力腐蚀。 （5）有些体系存在一临界开裂应力σth，临界应力强度因子KISCC或临界应
变率范围c。当σ >σth、 KI>KISCC或 < c 时，体系发生应力腐蚀开裂。
（6）发生应力腐蚀的材料主要是合金，纯金属极少发生。
温度对316不锈钢应力腐蚀的影响
第5章 应力腐蚀开裂
5.1 应力腐蚀开裂概述
5.1.2 应力腐蚀的环境因素
3）介质成分和浓度
对应腐蚀开裂起特定作用的“特性介质”浓度，往往在适当范围内时， 发生应力腐蚀可能性较大，开裂时间较短。
浓度很低时，往往开裂时间很长，有时甚至不开裂。但浓度影响究竟如 何，需视具体的“合金-环境”组合体系而言。
1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒 塌，死46人。事故调查的结果就是因为应力＋大气中微量H2S导致钢梁产生 应力腐蚀所致。
碱管脆性破裂分析与预防
碱管脆性破裂分析与预防作者：包炜刚来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第04期摘要：本文结合生产实际，指出碱脆现象对化工生产的危害。
对碱脆产生的机理做了分析，并提出相应的预防措施。
关键词：碱脆；应力腐蚀开裂；预防措施碱液的腐蚀是化工生产中普遍存在的现象，如果不了解金属材料在碱液中的腐蚀行为，生产中很容易造成设备及管道的碱腐蚀破坏，即常说的“碱脆”。
了解金属材料在碱液中的腐蚀并制定合理的预防方法，对于降低企业生产成本，减少环境污染具有积极意义。
1 碱液管线破裂分析①碱液管线概况：2014年某大型化工企业炼油改造项目，建设一条30%浓度碱液管线。
管道材质为20#碳钢，管线长度1200m，配有蒸汽伴热。
②管线腐蚀情况：2014年3月，管线投运不久即发现多处泄漏。
经观察，泄漏点多产生在管托与管道的焊缝处，焊缝附近多有细小裂纹，碱液泄漏渗出。
因泄漏点处于管线底部，极难处理。
③腐蚀产生原因分析：碱液管线冬季运行，采用蒸汽伴热情况下，满管运行温度大约80～100℃，30%浓度碱液在此条件下处于碱脆条件范围内。
而且施工时没有按要求对管托处焊缝做焊后热处理。
碱管在受到焊口未退火产生的残余应力和蒸汽伴热后产生的热应力的作用下，在较高温度环境中发生了应力腐蚀破裂。
2 碱液腐蚀机理2.1 金属在碱中的腐蚀大多数金属在碱液中的腐蚀是发生阴极过程的氧去极化反应。
从铁的腐蚀速度与pH值的关系可知：当pH值很低时，由于氢的阴极放电和析出的效率增加了，同时腐蚀产物可溶，因而腐蚀加剧。
当pH值为4～9时，由于处在氧的扩散所控制的阴极过程氧去极腐蚀阶段，氧的溶解度及扩散速度与pH值的关系不大，所以这时铁的腐蚀速度与pH值无关。
当pH值为9～14时，铁的腐蚀速度大大降低，主要是由于腐蚀产物在碱液中的溶解度很小，并能牢固覆盖在金属表面，从而阻滞着阳极的溶解，同时也影响氧的去极化作用。
当碱浓度高于pH值14时，铁将会重新发生腐蚀。
碱应力腐蚀原理
碱应力腐蚀原理
碱应力腐蚀是一种金属腐蚀的特殊形式，发生在碱性环境中的金属材料上，通常在高温和高压条件下。
以下是碱应力腐蚀原理的详细说明：
1.定义：
碱应力腐蚀是一种由碱性介质对金属的侵蚀和应力作用引起的腐蚀现象。
它通常发生在高温高压下的碱性环境中，例如碱性蒸汽或碱性溶液中。
2.机理：
碱应力腐蚀的机理涉及多个因素的相互作用。
首先，碱性介质中的碱离子（如氢氧化钠或氢氧化钾）与金属表面发生化学反应，形成水溶性的金属盐。
其次，高温和高压条件下，金属晶界和晶内存在的应力集中区域容易发生应力腐蚀开裂。
最后，碱性环境中的水分子可以促进腐蚀反应，并在应力场下导致金属的裂纹扩展。
3.影响因素：
碱应力腐蚀受多种因素的影响，包括金属的化学成分、晶格结构、应力状态、碱性介质的浓度和温度等。
高强度金属材料、高温高压环境、碱性介质浓度较高的情况下更容易发生碱应力腐蚀。
4.防范措施：
针对碱应力腐蚀，可以采取一系列的防范措施。
包括选用抗碱性能强的金属材料，通过改变材料的化学成分和热处理工艺来提高其抗腐蚀性能，减少应力集中的存在，以及降低碱性介质的浓度和温度等。
5.应用领域：
碱应力腐蚀主要发生在一些特定的工业领域，如化工、石油化工、电力等领域的设备和管道中。
这些设备通常在高温高压的碱性介质中工作，容易受到碱应力腐蚀的影响。
总的来说，碱应力腐蚀是一种特殊形式的金属腐蚀，发生在高温高压碱性环境中，其机理涉及化学腐蚀和应力作用的相互作用。
对于碱性环境中的金属材料选择和工程设计具有重要的指导意义。
应力腐蚀开裂
分类
1、点腐蚀
是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。
2、晶间腐蚀
晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物 （如碳化物和δ相）沉淀析出的有利区城。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。 这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。
2、减少或消除零件中的残余拉应力
残余拉应力是产生应力腐蚀的重要条件。为此，设计上应尽量减小零件上的应力集中。从工艺上说，加热和 冷却要均匀，必要时采用退火工艺以消除内应力。或者采用喷丸或表面热处理，使零件表层产生一定的残余压应 力对防止应力腐蚀也是有效的。
3、改善介质条件
这可从两个方面考虑：一方面设法减少或消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，如通过水净化处理，降低 冷却水与蒸汽中的氯离子含量对预防奥氏体不锈钢的氯脆十分有效；另一方面，也可以在腐蚀介质中添加缓蚀剂， 如在高温水中加入300×10-6mol/L的磷酸盐，可使铬镍奥氏体不锈钢抗应力腐蚀性能大大提高。
2、不能得出裂纹扩展速率的变化规律
因为这种传统的方法是以名义应力作为裂纹扩展驱动力的，它不能反映裂纹顶端的应力状态。只有把断裂力 学引入应力腐蚀的研究以后，这一问题才得到解决。
3、费时，且不能用于工程设计
现在对应力腐蚀的研究，都是采用预制裂纹的试样。
防止的措施
1、合理选择材料
针对零件所受的应力和使用条件选用耐应力腐蚀的材料，这是一个基本原则。如铜对氨的应力腐蚀敏感性很 高，因此，接触氨的零件应避免使用铜合金；又如在高浓度氯化物介质中，一般可选用不含镍、铜或仅含微量镍、 铜的低碳高铬铁素体不锈钢，或含硅较高的铬镍不锈钢，也可选用镍基和铁一镍基耐蚀合金。
应力腐蚀开裂的三个条件
应力腐蚀开裂的三个条件
应力腐蚀开裂是一种特殊的金属腐蚀现象，通常发生在受到持续拉伸应力和某些化学环境的金属材料上。
其发生与否受到以下三个条件的影响：
1. 金属材料具有易腐蚀性
金属材料在特定的化学环境中容易发生腐蚀，这就是易腐蚀性。
通常，易腐蚀性体现为材料表面的一些小缺陷，例如微小的裂纹、气孔、夹杂物等。
这些缺陷可以为腐蚀剂提供钝化膜破坏的隐患，从而使金属材料易发生应力腐蚀开裂。
2. 存在应力场
金属材料在一定的应力环境下，会发生应力集中现象，导致局部应力过大。
这种应力状态非常容易导致金属材料发生应力腐蚀开裂。
在实际应用中，常见的应力集中形式包括缺口、孔洞、螺纹、焊接处等。
3. 存在腐蚀环境
既然是应力腐蚀开裂，那么一定需要存在一定的腐蚀环境。
在这种环境下，金属材料被腐蚀，形成钝化膜的破坏，加上局部应力的作用，就容易发生应力腐蚀开裂。
常见的腐蚀环境包括氯化物、硫化物、碱性等。
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关注碱性应力腐蚀开裂
碱溶液中的腐蚀
在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。
随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。
考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。
读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。
相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。
一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。
碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。
对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。
不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。
由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。
200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。
合金抗碱溶液腐蚀的能力
碳钢和低合金钢
任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。
当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。
碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。
氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。
图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。
铁素体不锈钢
高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。
根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。
由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。
据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。
据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。
基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。
然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊
接韧性和在高温下的低强度。
因此，它们不能正常的应用
于压力容器。
奥氏体不锈钢
研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度
和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀
开裂。
图3显示了所开发的图。
1mpy的等蚀线在大约100°
C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮
廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。
300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能
会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察
到了。
因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。
对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。
在更高的温度下将会产生碱性开裂。
300系列不
锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。
双相不锈钢
双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的
能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。
具
有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金，
抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。
据报道，2205
不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。
高含镍量的奥氏体不锈钢
高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利
和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。
与300系列不锈钢相比较，这些合
金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。
镍合金
在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。
400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。
当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。
镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
温度下，也会对腐蚀开裂敏感。
图4显示了镍和镍合金的应力腐蚀开裂范围。
图 1：氢氧化钠环境下的碳钢使用图
图 2：碳钢的应力腐蚀开裂（MSR的照片）
图 3：300系列不锈钢碱性应力腐蚀的敏感区域
图 4：镍和其他合金的碱性应力腐蚀范围（2008年11月）。