应力腐蚀断裂
特殊的应力腐蚀断裂过程有它们自己的名称:在含氨的环境中铜的断裂叫做‘季裂’,在强碱中,(不锈)钢的断裂叫做‘苛性断裂’,很出名的是不锈钢的‘氯化物断裂’。已知应力腐蚀断裂类型有几百种,其中有些仅在特定的条件下发生。例如,不锈钢的连多硫酸应力腐蚀断裂一般是在炼油厂停机期间产生。
1什么会引起应力腐蚀断裂?
应力腐蚀断裂的三个基本机理
⑴活化路径溶解和晶间腐蚀
这个过程涉及到沿着一条比正常腐蚀敏感性高的路径加速腐蚀,大部分材料通常处于钝化态。最常见的活化路径是晶界,在该处杂质元素偏析使得在一定程度上更难发生钝化。例如,当奥氏体不锈钢由于铬碳化物沿晶界析出而敏化时,在晶界处局部铬浓度降低。这个区域不太容易被钝化。由于敏化作用,将会沿晶界发生腐蚀。在张应力下,腐蚀就成为晶间应力腐蚀断裂。在没有张应力作用而只有腐蚀时将发生“晶间腐蚀”。
⑵氢脆和硫化物应力腐蚀断裂
在所有金属中氢有一定的溶解度,氢原子很小,分布在晶体金属中的金属原子之间。因此,它比较大的原子的扩散要快得多。例如,在室温下,铁素体钢中氢的扩散系数类似于盐在水中的扩散系数。氢往往被吸附到三维张应力高的区域,在这些地方由于位错浓度较高,金属结构更加松弛。因此,它在裂纹或缺口受到应
f力作用之前就被吸附到这些区域。此后,溶解的氢加速了金属的断裂,一方面使得开裂更容易,另一方面促进了局部塑性变形的迅速发展。这些作用导致金属的脆化;断裂既可以在晶间也可以穿晶粒。通常断裂扩展速度相当快,在最极端的情况下可达1mms。铁素体的bcc(体心立方)晶体结构金属原子之间空隙相对小,但是这些空隙之间的通路相对宽。因此氢在铁素体中的溶解度相对低,但扩散系数相对高。相反,在fcc面心立方奥氏体晶格中空隙比较大,但它们之间的通路比较小,因此,像奥氏体不锈钢这样的材料,氢的溶解度比较高,扩散系数比较低。所以,奥氏体不锈钢AISI316L对氢脆几乎不敏感,而铁素体和双相不锈钢可能对这种现象敏感。
正如前面所讨论的,不仅仅是氢环境会引起氢脆。在阴极腐蚀反应过程中析出的氢也可能会引起断裂。不是与氢气(H2)结合,而是原子氢H扩散到金属中。在阴极保护过程中双相不锈钢发生氢裂的几个事件已有报道。例如,连接到阴极保护下的海上钢平台的水下双相不锈钢(或铁素体马氏体不锈钢)管道、管线或上升管可能会发生这些问题。对于双相不锈钢,推荐的安全极限是750mV。该极限受r