应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂
一．概述
应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，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著。
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，减少应力集中。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，采用阴极保护法见电化学保护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。
一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即
金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。
表1.常见材料应力腐蚀开裂发生的介质
（3）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子K I达到材料的断裂韧性K Ic,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：裂纹萌生，裂纹扩展，失稳断裂。
1．裂纹的萌生
裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变
集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是SCC裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。
2．裂纹扩展
应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的关系具有图示的三个阶段特征。
在第一阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当K I降到K iscc以下时应力腐蚀开裂裂纹不再扩展。
在第二阶段，裂纹扩展与应力强度因子K I大小无关，主要受介质控制。在这阶段裂纹出现宏观和微观分枝。但在宏观上，裂纹走向与抗应力方向是垂直的。
第三阶段为失稳断裂，纯粹由力学因素K I控制，da/dt随K I增大迅速增加直至断裂。
（3）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断口呈多种形貌。有沿晶断裂，准解理，韧性断裂等。
图1.应力腐蚀开裂da/dt与K I关系
三.应力腐蚀开裂机制
应力腐蚀开裂现象很多，目前尚未有统一的见解，不同学派的观点可能从电化学，断裂力学，物理冶金进行研究而强调了它们的作用。
（1）电化学理论
1，活性通道理论
该理论认为，在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通道，沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界，亚晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进行，形成很窄的裂缝裂纹，而外加应力使裂纹尖端发生应力集中，引起表面膜破裂，裸露的金属成为新的阳极，而裂纹两侧仍有保护膜为阴极，电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端，使其在高电流密度下加速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化学活化溶解的联合作用。
2.快速溶解理论。
该理论认为活性通道可能预先是不存在的，而是合金表面的点蚀坑，沟等缺陷，由于应力集中形成裂纹，裂纹一旦形成，其尖端的应力集中很大，足以使其尖端发生塑性变形到一个塑性，该塑性具有很大的溶解速度。这种理论适用于自纯化金属，由于裂纹两侧纯化膜存在，更显示裂纹尖端的快速溶解，随着裂纹向前发展，裂纹两侧的金属重新发生纯化（再纯化），只有当裂纹中纯化膜的破裂和再纯化过程处于某种同步条件下才能使裂纹向前发展，如果纯化太快就不会产生裂纹进一步腐蚀，若再纯化太慢，裂纹尖端将变圆，形成活性较低的蚀孔。
图2.快速溶解理论机理图
3．膜破裂理论
该理论认为金属表面有一层保护膜（吸附膜，氧化膜，腐蚀产物膜），在应力作用下，被露头的滑移台阶撕破，使表面膜发生破裂（图3（b））局部暴露出活性裸金属，发生阳极溶解，形成裂纹（图3（c））。同时外部保护膜得到修补，对于自纯化金属裂纹两侧金属发生再纯化，这种再纯化一方面使裂纹扩展减慢，一方面阻止裂纹向横向发展，只有在应力作用下才能向前发展。
4．闭塞电池理论
该理论是在活性通道理论的基础上发展起来的。腐蚀就先沿着这些活性通道进行，应力的作用在于将裂纹拉开，以免被腐蚀产物堵塞，但是闭塞电池理论认为，由于裂纹内出现闭塞电池而使腐蚀加速（这类似于缝隙腐蚀）即在裂纹内由于裂纹内金属想要发生水解：FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+2HCl，使Ph值下降，甚至可能产生氢，外部氢扩散到金属内部引起脆化。闭塞电池作用是一个随催化腐蚀过程，在拉应力作用下使裂纹不断扩展直至断裂。
（2）吸氢变脆理论。
该理论是从一些塑性很好的合金在发生应力腐蚀开裂时具有脆性断裂的特征提出的（变脆是否由氢脆引起）该理论认为裂纹的形成与发展主要与裂纹尖端氢被引入晶格有关，如奥氏体不锈钢在裂纹尖端，Cr阳极氧化生成CrO3使其酸度增大。2Cr+3H2O→Cr2O3+6H++6e。当裂纹尖端的电位比氢的平衡电位负时，氢离子有可能在裂纹尖端被还原，变成吸附的氢原子，向金属内部扩展，从而形成氢脆。
（3）应力吸附破裂理论。
该理论认为由于环境中某些破坏性组分对金属表面内表面的吸附，削弱了金属原子间的结合力，在抗拉力作用下引起破裂。
四．影响应力腐蚀开裂的因素
影响应力腐蚀开裂的因素可以大致分为环境因素、应力因素以及冶金因素，现整理为图4框图所示。
图4.影响应力腐蚀的因素
五、应力腐蚀的防护措施
从应力腐蚀的机理来看，从材料与环境介质、力学因素三方面因素考虑防护措施。
从防护的方法来分防止应力腐蚀应从减少腐蚀和消除拉应力两方面来采取措施。
1.要尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料；
2.在设计设备结构时要力求合理，尽量减少应力集中和积存腐蚀介质；
3. 是在加工制造设备时，要注意消除残余应力。
六、应力腐蚀断裂的典型案例
案例1： CO
高压热交换器管的破裂
2
材质： 0Cr18Ni10
尺寸及结构：? 19× 1.6，共232根，每根长8.5米。管与管板采用胀焊连接。工作环境：
管内：湿CO
。进口温度：180℃；
2
出口温度40～50℃；压力：80～90kgf。
管外：冷却水（含氧6～10ppm，Cl-80～100ppm）
进口温度：32～34 ℃；出口温度：80 ℃；压力：4 kgf。
损坏情况：运转2月后发现泄漏，运转3个月检修时发现70多根管子破裂。破裂多发生在高温侧管板缝隙附近。
分析检验：裂纹从管外壁产生，向内壁扩展，属穿晶型应力腐蚀裂纹特征。断口扫描电镜发现，破裂是典型的脆性解理断裂，是由氯化物应力腐蚀造成的。
图5.67管与管板连接及管上应力腐蚀裂纹示意图
（a）
(b) (c)
图6.管板缝隙处破裂的管子
案例二：化肥厂冷却器管的破损
材质：00Cr18Ni10 尺寸：? 19× 2
；管外－冷却水
工作环境：管内－高温CO
2
损坏情况：运转不到半年，发生多处破损事故。
分析检验：裂纹以横裂为主。裂纹由外壁产生，向内壁扩展，属典型的穿晶型应力腐蚀裂纹。
图7.冷却器管外部裂纹特征
案例三：金属材料中氢致开裂断口案例
材质：33CrNiMoA
工艺情况：850℃保温2h后炉冷，超声波探伤发现内部有缺陷；图1：经淬火处理
浸蚀方法：图8：未浸蚀；图9：50%盐酸水溶液浸蚀；图10：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
图8：20mm切片压开裂成（纵向）断口，其中有许多圆形、卵形白斑———即白点缺陷。白点表面呈粗晶状。
图9：横向截面低倍组织形貌，有许多辐射状短裂纹，它们在纵向即为白点。图3：裂纹处横向金相试样形貌，白点为锯齿状裂纹，裂纹细小、刚挺、穿晶。白点产生的原因，一般认为与钢中氢含量较高有关。由于钢中氢原子脱溶、聚集结合成氢分子，产生极大压力，在热加工中与热应力、组织应力叠加造成裂纹。
图8. 20mm切片压开裂成（纵向）断口
图9. 横向截面低倍组织形貌
图10. 4%硝酸酒精溶液浸蚀组织图
材料： 20MnMo
工艺情况：锻造后空冷，冲击试验
组织说明：冲击断口试样，断口上有白点，透射电镜碳二次复型图像，白点区为准解理断裂，通常称之为氢致解理。
图11.冲击断口试样断口组织图
材料：20钢（螺钉）
工艺情况：冷镦成型合镀锌
组织说明：螺钉断口。螺钉经酸洗后表面电镀锌，在安装时发生断裂。断口宏观形貌光滑平坦。扫描电镜观察具有准解理特征，并有发纹等，属氢脆断裂。低碳钢虽对氢脆不像高强度钢那样敏感，但如酸洗后未经除氢处理，也有可能会引起氢脆。
图12.螺钉断口组织图
材料：35钢（螺钉）
工艺情况：热锻、调质后镀锌
组织说明：螺钉断口。螺钉经酸洗后表面电镀锌，在安装时发生断裂。断口呈脆性特征，微观形貌为准解理断裂，并有发纹等特征，为氢脆断裂。
图13.螺钉断口组织图
材料：65Mn
工艺情况：淬火、回火后酸洗、电镀
组织说明：由65Mn钢制作的弹簧片，在安装时发生断裂。断口为典型的冰糖状沿晶断裂，在断裂的晶面上有细小的爪状纹及发纹等特征。此为高强度钢氢脆断口的特征。高强度钢在酸洗电镀后必须进行除氢处理，除氢不及时或除氢不彻底均会导致氢脆。
图14.65Mn钢制作的弹簧片断口形貌
材料：65Mn
工艺情况：淬火、回火后酸洗、电镀
组织说明：酸洗及电镀过程中的氢进入钢中后常沿晶界处聚集，导致晶界脆化，形成沿晶断裂。氢在扩散、聚集过程中留下发纹、爪状纹等特征。氢脆断裂时在微区局部晶界上因氢损伤较轻，故断裂时在局部区域能观察到韧窝，见图中上部区。
图15. 65Mn钢断口形貌
材料：1Cr18Ni9Ti
工艺情况：冷变形后去应力退火
组织说明：在奥氏体不锈钢的应力腐蚀断口上除河流花样外还有羽毛状及扇形状花样，这种花样通常在经变形而使晶粒拉长的材料中出现。
图16.奥氏体不锈钢的应力腐蚀断口
材料：1Cr18Ni9Ti
工艺情况：固溶处理
组织说明：应力腐蚀失效断口。奥氏体不锈钢在氯离子环境下使用造成的应力腐蚀的断口形貌，有河流花样特征。这是由于应力腐蚀裂纹沿一定的晶面
扩展，通常发生开裂的主要晶面有｛100｝、｛110｝、｛111｝等。图中点状小颗粒为断口表面上的腐蚀产物，用能谱仪分析通常能检测到氯元素。
图17. 奥氏体不锈钢在氯离子环境应力腐蚀的断口形貌
材料：1Cr18Ni9Ti
工艺情况：固溶处理
组织说明：氯离子环境下的应力腐蚀断口上的泥状花样，其特征似干裂的泥块。通常在腐蚀产物堆积较厚的区域出现，是腐蚀产物开裂的特征。
图18.氯离子环境下的应力腐蚀断口泥状花样
材料：1Cr18Ni9Ti
工艺情况：固溶处理
组织说明：氯离子环境下的应力腐蚀断口。由于介质中氯离子对断口的浸蚀，在某些区域会出现腐蚀坑。这种腐蚀坑常呈现规则的形状，类似于金相位
错腐蚀坑。图中所示腐蚀坑为正方形，可说明此腐蚀坑所在的开裂晶面为｛100｝晶面。
图19. 氯离子应力腐蚀断口几何形状的腐蚀坑特征
七．参考文献
1.中国钢企百科(https://www.wendangku.net/doc/4912068424.html,)；
2.肖纪美，《氢致材料开裂的分析方法》；
3.王吉会，郑俊萍，刘家臣，黄定海，《材料力学性能》。
应力腐蚀断裂精编版
应力腐蚀断裂精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
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。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有 害物质浓度往往很低，如大气中微量的H 2S和NH 3 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀
应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
油气管道腐蚀检测
油气管道腐蚀的检测 摘要:油气管道运输中的泄漏事故，不仅损失油气和污染环境，还有可能带来重大的人身伤亡。近些年来，管道泄漏事故频繁发生，为保障管道安全运行和将泄漏事故造成的危害减少到最小，需要研究泄漏检测技术以获得更高的泄漏检测灵敏度和更准确的泄漏点定位精度。本文介绍几种检测方法并针对具体情况进行具体分析。 关键字：腐蚀检测涡流漏磁超声波 引言： 在油气管道运输中管道损坏导致的泄漏事故不仅浪费了石油和天然气，而且泄露的有毒气体不仅污染环境，而且对人和动物造成重大的伤害，因此直接有效的检测技术是十分必要的，油气管道检测是直接利用仪器对管壁进行测试，国内外主要以超声波、漏磁和祸流等领域的发展为代表。[1] 1、涡流检测 电涡流效应的产生机理是电磁感应. 电涡流是垂直于磁力线平面的封闭的旋涡!状感应电流, 与激励线圈平面平行, 且范围局限于感应磁场所能涉及的区域. 电涡流的透射深度见图1, 电涡流集中在靠近激励线圈的金属表面, 其强度随透射深度的增加而呈指数衰减, 此即所谓的趋肤效应. [1] 电涡流检测金属表面裂纹的原理是: 检测线圈所产生的磁场在金属中产生电涡流, 电涡流的强度与相位将影响线圈的负载情况, 进而影响线圈的阻抗. 如果表面存在裂纹, 则会切断或降低电涡流, 即增大电涡流的阻抗, 降低线圈负载. 通过检测线圈两端的电压, 即可检测到材料中的损伤. 电涡流检测裂纹原理见图2.[2]
涡流检测是一种无损检测方法，它适用于导电材料。涡流检测系统适应于核电厂、炼油厂、石化厂、化学工厂、海洋石油行业、油气管道、食品饮料加工厂、酒厂、通风系统检查、市政工程、钢铁治炼厂、航空航天工业、造船厂、警察/军队、发电厂等各方面的需求.[2] 涡流检测的优点为:1.对导电材料和表面缺陷的检测灵敏度较高;2.检测结果以电信号输出，可以进行白动化检测;3.涡流检测仪器重量轻，操作轻便、简单;4.采用双频技术可区分上下表面的缺陷:5.不需要祸合介质，非接触检测;6.可以白动对准_!:件探伤;7.应用范围广，可检测非铁磁性材料。 涡流检测的缺点为:1.只适用于检测导电材料;2.受集肤效应影响，探伤深度与检测灵敏度相矛盾，不易两全:3.穿过式线圈不能判断缺陷在管道圆周上所处的具体位置;4.要有参考标准才能进行检测:5.难以判断缺陷的种类。[1] 2、超声波检测 超声波检测的基本原理基本原理见图3所示。 垂直于管道壁的超声波探头对管道壁发出一组超声波脉冲后，探头首先接收到由管道壁内表面反射的回波(前波)，随后接收到由管道壁缺陷或管道壁外表面反射的回波(缺陷波或底波)。于是，探头至管道壁内表面的距离A与管道壁厚度T可以通过前波时间以及前波和缺陷波(或底波)的时间差来确定：
管道的应力腐蚀断裂参考文本
管道的应力腐蚀断裂参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月 管道的应力腐蚀断裂参考文本
使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中H2S大大超过规走的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍,美国1955年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏,六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越来越多地为管道工作者所关注,并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC,这系由英文名词Stress Corrosion CracKing而来的,其定义为：在应力和介质联合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀,由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a小时临界裂纹长度2ac时，管线是不会断裂的’但由于疲劳或（和）环境的作用,裂纹长度可以增长,当原始缺陷长度逐渐增长,最后达到2ac时”则管道产生断
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。
金属的应力腐蚀和氢脆断裂
第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂 §6.1应力腐蚀 一、应力腐蚀及其产生条件 1、定义与特点 （1）定义 （2）特点 特定介质（表6-1） 低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆 不锈钢——氯脆 铜合金——氨脆 2、产生条件 应力：外应力、残余应力； 化学介质：一定材料对应一定的化学介质； 金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。 二、应力腐蚀 1、机理（图6-1） 滑移——溶解理论（钝化膜破坏理论）
a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）； b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）； c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）2、断口特征 宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。 微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂。（见图6-2，和p2） 三、力学性能指标 1、临界应力场强度因子K ISCC 恒定载荷，特定介质，测K I~t f曲线。 将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子。 2、裂纹扩展速度da/dt K I>K ISCC，裂纹扩展，速率da/dt Da/dt~ K I|曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。 四、防止应力腐蚀的措施 1、合理选材； 2、减少拉应力； 3、改善化学介
质；4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。 §6-2 氢脆 由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆） 一、氢在金属中存在的形式 内含的（冶炼和加工中带入的氢）；外来的（工作中，吸H）。 间隙原子状，固溶在金属中； 分子状，气泡中； 化学物（氢化物）。 二、氢脆类型及其特征 1、氢蚀（或称气蚀） 高压气泡（对H，CH4） 宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）； 微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。 2）白点（发裂） 氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局部胀裂。 宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。 3）氢化物 形成氢化物（凝固、热加工时形成）；或（应力作用下，元素扩散而形成）。 氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。
关注碱性应力腐蚀开裂
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
天然气输送管线钢应力腐蚀开裂原因
天然气输送管线钢应力腐蚀开裂原因 管道运输是当前油气运输中运用的最为广泛的一种运输方式，其具有较高的经济性和方便性，近些年来，随着市场经济的快速发展，对于能源的需求量也在不断的增加，这就对油气管道运输提出了更高的要求，实现长距离、高压力的运输是我国油气管线运输的必然选择，同时要求运输管道必须要具有较强的耐腐蚀性，才能够满足油气运输的要求。本文就针对天然气输送管线钢应力腐蚀开裂的相关问题进行简单的分析。 标签：油气运输；天然气输送管线钢；应力腐蚀开裂 高压长输管线的腐蚀开裂问题是当前管道建设中受到普遍关注的问题之一，因为很多在耐性的油气管线运输事故都是由于输送管线发生腐蚀开裂所引起的，其造成的损失是巨大的。因此，作为长输管线，必须要具备较强的抗腐蚀和抗裂能力，才能有效的避免各种断裂事故的产生。在通常情况下，有些管线的细微裂纹不会发生迅速扩展，如果能够将其驱动力控制在合理的范围内，百年能够有效的将其破坏程度降到最低，这也是预防灾害事故的一个有效措施。所以，针对天然气输送管线钢应力腐蚀开裂问题的研究有着十分重要的意义。 1 应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂指的是管线钢在一定的压力和腐蚀环境下所产生的开裂现象，通常缩写为SCC。在油气管线运输过程中，引起管线钢应力腐蚀开裂的现象需要同时满足以下几个条件：第一，拉应力，包括在操作过程中产生的工作应力、参与应力以及热应力等，拉应力的存在会导致管线应力产生集中的现象，容易造成材料钝化膜的破坏；第二，特定的腐蚀环境，通常指的是管线涂层的剥落以及土壤、水质中碳酸、硝酸等元素的存在；第三，管线的敏感性，其主要与管道的选材、制造工艺、钢材表面的清洁度等有着直接的联系。管线钢应力腐蚀开裂的产生，是在多方面应力作用的影响下形成的，其并不是简单的腐蚀和开裂两个应力的直接作用，因为这两个因素相互叠加所产生的应力与单个因素相比会大几倍，如果将其中的一个作用因素进行消除，那么另一个因素所产生的破坏作用就十分微弱。通常情况下，单纯的应力腐蚀开裂产生的破坏作用并不需要很大，如果没有腐蚀介质的才能在，那么管线就不容易产生开裂；相反，如果没有开裂，那么腐蚀介质的存在也不会产生较大的破坏作用。总之，应力腐蚀开裂的产生是在特定的条件下产生的，需要同时满足上述三个条件，才能形成较为严重的破坏。 2 pH值对管线钢应力腐蚀开裂的影响 通常情况下，管线钢应力腐蚀开裂的影响因素，可以从介质的种类和浓度、钢材的强度和化学成分以及温度等相关的因素几个方面分析，相关的研究文献也较多。而pH值对于管线钢应力也有着十分重要的影响，具体可以从以下几个方面分析：
管道的应力腐蚀断裂.docx
管道的应力腐蚀断裂 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中 H2S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国 1955 年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越 来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCracKing而来的，其定义为：在应力和介质联 合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a 小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或( 和 ) 环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀 断裂。一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁 放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小 和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程， 它又可分为阳极过程和阴极过程，这二者是共存的。 金属原子是由带正电的金属离子，对钢来说，就是二价的铁离子 F2+和周围带负电的电子云 ( 用 e- 来表示）构成的，如下所
示： Fe→ Fe2++2e-上式是一个可逆反应。当铁遇到水，铁离子Fe2+ 和水化合的倾向比 Fe2+与 e- 结合成金属的倾向还要强，因此金 属铁遇到水后就会发生如下反应： 上式放出电子e- ，故称为阳极反应。 阳极反应所放出的电子必须通过阴极过程( 即吸收电子的过 程) 被取走，式的反应才能继续存在，否则该式将是可逆的。 一种常见吸收电子的阴极过程是吸氧过程，见下式： O2+2H2O+4e→- 4OH-氢氧根 OH-和铁离子F e2+结合，就会产生铁锈，即 Fe2O3 2Fe2++60H-→ Fe2O3·3H2O综合阳极过程和阴极过程，即联合上两式，可写出下式： 4Fe+nH2O+3O2→ 2Fe2O3·nH2O 由上式可以看出，钢管生锈的条件为第一要接触水( 或潮湿的空气 ) ，第二要接触空气，以提供 O2前者是阳极过程，后者是阴极过程。 实验表明，和腐蚀介质相接触的阳极金属介面上会形成一层 致密的复层，即纯化膜，它能阻碍阳极金属进一步溶解。但金属
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， 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 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 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 加工，制造，热处理 引起的内应力。 装配，安装形成的内应力。 温差引起的热应力。 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。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开 裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金 可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物 质浓度往往很低，如大气中微量的 H 2S 和NH 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。 空气中少量NH 是鼻子嗅不到 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 理选材， 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． 2． 3 ． 4 ．
201509管道完整性管理油气储运工程在线作业文档
201509管道完整性管理油气储运工程在线作业文档
第一阶段在线作业 单选题(共15道题) 收起 1.（ 2.5分）新墨西哥州Carlsbad天然气管道爆炸事故原因是： ?A、外腐蚀 ?B、内腐蚀 ?C、挖掘损伤 ?D、应力腐蚀 我的答案：B 此题得分：2.5分 2.（2.5分）华盛顿州Bellingham汽油管道事故原因是： ?A、外腐蚀 ?B、内腐蚀 ?C、挖掘损伤 ?D、应力腐蚀 我的答案：C 此题得分：2.5分 3.（2.5分）密歇根州Marshall原油管道泄漏事故原因是： ?A、外腐蚀 ?B、内腐蚀 ?C、挖掘损伤 ?D、应力腐蚀 我的答案：D 此题得分：2.5分 4.（2.5分）管道完整性是指： ?A、管道承受内压的能力
?B、管道承受载荷和保持安全运行的能力 ?C、管道承受地面占压载荷的能力 ?D、管道抵抗第三方破坏的能力 我的答案：B 此题得分：2.5分 5.（2.5分）以下哪一内容中需进行管道的资料的分析与整合。 ?A、数据管理 ?B、高后果区识别 ?C、风险评价 ?D、完整性评价 我的答案：C 此题得分：2.5分 6.（2.5分）PDCA循环式指： ?A、“改进-计划-实施-检查” ?B、“计划-实施-检查-改进” ?C、“计划-检查-实施-改进” ?D、“实施-检查-计划-改进” 我的答案：B 此题得分：2.5分 7.（2.5分）管道在土壤中的应力腐蚀的形式有几种。 ?A、1 ?B、2 ?C、3 ?D、4 我的答案：A 此题得分：2.5分
8.（2.5分）与时间有关的危害管道的因素是： ?A、腐蚀 ?B、第三方破坏 ?C、土体移动 ?D、焊接缺陷 我的答案：A 此题得分：2.5分 9.（2.5分）与时间无关的危害管道的因素是： ?A、腐蚀 ?B、应力腐蚀 ?C、土体移动 ?D、焊接缺陷 我的答案：C 此题得分：2.5分10.（2.5分）危害管道的稳定因素是： ?A、腐蚀 ?B、应力腐蚀 ?C、土体移动 ?D、焊接缺陷 我的答案：D 此题得分：2.5分11.（2.5分）以下哪种现象与管道结构失稳有关： ?A、断裂 ?B、凹陷 ?C、表面裂纹
金属材料应力腐蚀裂纹的探讨
/ 实验教学 / - 131 - 2013年2月下 第06期（总第300期） 10.3969/j.issn.1671-489X.2013.06.131 金属材料应力腐蚀裂纹的探讨 陶勇 四川建筑职业技术学院 四川德阳 618000 摘 要 金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施以防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行探究。关键词 金属材料；应力腐蚀；裂纹 中图分类号：T G111.91 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2013)06-0131-02Discussion of Metal Material Stress Corrosion Crack //Tao Yong Abstract Corrosion means the process which metal is damaged by the environmental medium through chemical and electrochemical action. According to the actual project situation, with the help of the study of stress corrosion crack issues, we have explored the methods about how to deal with such problems effectively and prevent the crack in the design.Key words Metal material; stress corrosion; crack 1 应力腐蚀概论 应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。1.1 金属材料应力腐蚀裂纹 金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。1.2 氢脆理论 依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。 金属材料并非是在各种腐蚀环境中均出现应力腐蚀裂纹。不同的金属材料的应力腐蚀均需一定的腐蚀环境。因各金属材料适用范围的逐渐扩大，腐蚀环境的类型也呈现数量 增加的趋势[1]。 2 金属材料发生应力腐蚀的特征 通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，可从4个方面来加以说明。2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力 只有处于应力（特别是拉应力）的状态下，才会发生应力腐蚀裂纹。发生应力腐蚀的应力属于其中的静态部分，它既可能是外加载荷或者装配力（包括拧螺栓、胀接力等）引发的应力，也可能是构件在制造、热处理、焊接等加工阶段中发生的内应力。不论来源怎样，造成应力腐蚀裂纹的应力一定包含拉伸应力的成分，压缩应力是不能引发应力腐蚀裂纹的。而且，此种应力往往是很轻微的，若不是在腐蚀环境条件中，此弱小的应力是不能够让构件产生机械性破坏的。促成破坏的应力值要依据材料、腐蚀介质等实际情况来定[2]。2.2 促成一定金属材料产生应力腐蚀的环境介质是特定的 发生应力腐蚀的材料与介质并非任意的，只在两者处于某种组合时才能产生应力腐蚀。引发一般钢应力腐蚀的腐蚀介质包括的溶液有：氢氧化物；含有硝酸、碳酸盐、硫化氢的水；海水，硫酸与硝酸混合；融化的锌、锂；热状态的三氯化铁；液体氨。引发奥氏体不锈钢应力腐蚀介质包括的溶液有：具有酸性、中性的氯化物；海水；热融的氯化物；热状态的氟化物、氢氧化物[3]。2.3 金属材料 通常极纯的金属不会发生应力腐蚀破坏，只是处于合金或者包含杂质的金属中才能够产生。因为金属材料与腐蚀环境互相作用的状况不尽相同，金属材料应力腐蚀裂纹也都不尽相同。裂纹或沿晶粒边缘发生；或延伸到晶粒内部而又明显分枝；裂纹或与晶粒边缘、晶粒内部都没有关系。2.4 破坏过程 金属材料应力腐蚀裂纹，往往在没有意料的状况下突然 （下转P134）
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
关于抗氢致开裂开裂及抗硫化物应力腐蚀开裂试验R-HIC钢板的问答
通常抗氢致开裂HIC（Hydrogen Induced Crack）主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的( 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有：16MnR(HIC),20R(HIC),SA516(HIC)。该类钢的碳当量可用 Ce=C+Mn6+(Cr+Mo+V)5+(Ni+Cu)15计算。 质保书中C：0.022，Mn：1.05，Cr：18.20，Ni：8.32材料成分大致符合不锈钢00Cr19Ni10(GBT1220—1992)主要元素成分要求。提供的是00Cr19Ni10或类似材质，应该没有太大问题。 参考资料： 关于提高提高管线钢抗HIC能力的措施 提高管线钢抗HIC能力的措施有成份设计、冶炼控制、连铸工艺、控轧控冷等四个方面。展开来说，主要有三点： 提高钢的线纯净度。采用精料及高效铁水预处理（三脱）及复合炉外精炼，达到S≤0.001%，P≤0.010%，[O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm。同时采用Ca处理。②晶粒细化。主要通过微合金化和控轧工艺使晶粒充分细化，提高成分和组织的均匀性。为此，钢水和连铸过程要电磁搅拌；连铸过程采用轻压下技术；多阶段控制轧制及强制加速冷却工艺；Tio处理，使得钢获得优良的显微组织和超细晶粒，最终组织状态是没有带状珠光体的针状铁素体或贝氏体。③昼降低含C量（C ≤0.06%），控制Mn含量，并添加Cu和Ni。从炼钢来看，宝钢、
武钢、鞍钢、攀钢、太钢等企业能生产不同等级的管线钢种，目前国内能生产X42、X52、X60、X65、X70等，X70目前在试用。管线钢国产化程度大幅度提高，产品质量有了显著的改进，产品的成份控制、强度、韧性、晶粒度、焊接性能等均已接近或达到国外同类产品的水平。 高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准 则 https://www.wendangku.net/doc/4912068424.html,thread-4029-1-1.html （作者前言）：2001年1月，中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料专家霍普金申（音译）在南京就“高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准则”做了讲座。由于国情不同和国外专家有所保留，这篇资料的有些内容不太全面。我将在写完全文以后把我自己的看法拿出来，请大家指点。 注：问----中石化各公司代表提问答----霍普金申 问1：精馏塔顶腐蚀的解决方法？ 答：1.塔顶选用耐腐蚀材料。2.为了防止原油中的氯离子腐蚀，在原油中加NaOH中和；3.塔顶注入缓蚀剂。 问2：关于茂名石化精馏塔塔盘选用Monel（蒙耐尔）材料，你有什么看法？ 答：日本解决的方法是用钛材，价格太高。蒙耐尔[便宜一些。另外可采用脱S的办法。原油中S含量要达到20磅千桶需要脱S。在原
管道焊缝的应力腐蚀及其控制_图文(精)
油气储运2003正 管道焊缝的应力腐蚀及其控制 陈居术?孙新岭张涛龙军 (中国人民解放军后勤工程学院 陈居术孙新岭等:管道焊缝的应力腐蚀及其控制,油气储运,2003,22(1142~45。 摘要通过研究管道焊缝应力腐蚀的规律,发现焊缝比母材具有更高的应力腐蚀敏感性,焊 缝硬化层越宽,对应力腐蚀越敏感,工作温度越商,应力腐蚀敏感电位区间就越宽。介绍了控制管 道钢缝应力腐蚀的控制合金元素、控制焊接工艺、控制介质因素等方法。指出适量加入合金元素可 提高管道焊缝的抗应力腐蚀能力。 主题词管道焊缝应力腐蚀分析控制方法 油气管道的应力腐蚀开裂往往起源于焊接接头区域,但在传统上,应力腐蚀开裂的研究工作主要围绕母材进行。管道焊缝的开裂有其特殊性,不同于管道的应力腐蚀开裂,如果忽视这一区别,将在油气管道安全性评定和剩余使用寿命的预测上产生偏差。据统计,截止到1993年底,四JI『石油管理局输气公司的输气干线共发生硫化物应力腐蚀事故78起,其中川I东公司的输气干线共发生硫化物应力腐蚀破裂事故28起,仅1979年8月至1987年3月间就发生12次硫化物应力腐蚀的爆管事故,经济损失超过700×104元“。。常,应力越大,发生开裂的时间越短,而小于某一应力值就不发生开裂,此应力值称为应力腐蚀的门槛值,见图1。 时向(h
图1应力腐蚀断裂的特征曲线 一、应力腐蚀的条件2、腐蚀介质与材料 应力腐蚀断裂只在一定的材料介质组合条件下 1、拉应力才能发生,有时浓度很低的介质也会引发应力腐蚀 拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件。通裂纹。一般情况下,介质的浓度越高,环境温度越_pp口4q自∽q4、p口o-4hoqm、p_。p-o镕o,口8∽*n、pp口…_。Ⅻ“p。oq4p,40h4Ⅶm、pp@4p_￥口8q4p口9口_?女Ⅷ4q4b^pd。 五、结论 通过上述几个方面的论证和比较,可以得出以下结论。 (1西气东输管道工程在一、二级地区采用空气试压技术是可行的,安全方面有保障。 (2在严重缺水地区采用空气试压费用节省,经济性好。 t400016.重庆市大坪长江二路147号÷电话t(023********。 (3在西气东输管道工程西部严重缺水地区,所有一级地区的管道应全部采用气压试验方法,二级地区根据水源情况可以部分采用空气试压方法。 参考文献 1.BCH001—88长输管道施工和现场管道内部清理及试压。 2,ANSI/ASME B31.8糖气和配气管道系统, (修改稿收到日期,2003一01—28 编辑:刘誊阳
应力腐蚀断裂
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，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，减少应力集中。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，采用阴极保护法见电化学保护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。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即