简述一下应力腐蚀

简述一下应力腐蚀

应力腐蚀（Stress Corrosion Cracking, SCC） 是指材料在拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下，产生脆性裂纹的现象。它是一种局部腐蚀，危害性极大，因为裂纹往往在宏观应力远低于材料屈服强度、且表面腐蚀迹象不明显的情况下发生，容易导致突发性失效。

核心要素

材料因素：

并非所有材料都会发生SCC，它需要特定的材料-环境组合。

常见易发生SCC的体系包括：

奥氏体不锈钢 + 含氯离子溶液

碳钢及低合金钢 + 碱液（碱脆）或硝酸盐溶液（硝脆）

铜合金 + 氨气或氨水（氨脆）

铝合金 + 潮湿空气或氯化物溶液

钛合金 + 含卤素离子或甲醇的溶液

 

环境因素：

存在特定的腐蚀性介质（如Cl⁻、OH⁻、NH₃等）。

通常只需要微量的特定介质即可诱发。

温度升高会显著加速SCC过程。

 

应力因素：

必须是拉应力（拉伸应力）。

应力来源可以是外载荷、残余应力（如焊接、冷加工、装配应力）或两者共同作用。

 

主要特征

宏观上：断裂呈脆性特征，裂纹通常垂直于主应力方向。

微观上：裂纹形态主要有沿晶断裂（裂纹沿晶界扩展，如不锈钢的碱脆）和穿晶断裂（裂纹穿过晶粒内部，如不锈钢的氯脆），或两者混合。

隐蔽性强：在宏观裂纹出现前，材料表面可能只有轻微腐蚀甚至完好无损。

临界性：存在一个门槛应力（或应力强度因子K_{ISCC}），低于此值，SCC不会发生或扩展极慢。

发生机理（简述）

机理复杂，尚无单一理论完全解释，主流观点强调电化学腐蚀与力学作用的协同：

局部阳极溶解：在拉应力作用下，材料表面保护膜（如钝化膜）局部破裂，暴露出的新鲜金属成为阳极，与周围仍被保护的区域（阴极）构成腐蚀电池，发生快速溶解，形成裂纹源。

裂纹尖端酸化与自催化：裂纹尖端闭塞区溶液成分（如pH值、离子浓度）发生变化，进一步加速尖端金属的溶解，同时应力使尖端始终处于活化状态，裂纹得以持续扩展。

氢致开裂机制（部分体系）：腐蚀过程中产生的氢原子渗入裂纹尖端金属，导致材料脆化，促进裂纹在应力下扩展。

防护措施

降低或消除应力：通过退火消除残余应力、改进设计避免应力集中、采用喷丸等工艺引入表面压应力。

控制环境：降低介质中有害离子浓度、添加缓蚀剂、控制温度、pH值等。

选用合适材料：针对特定环境选用耐SCC的材料（如用双相不锈钢替代奥氏体不锈钢用于含氯环境）。

采用涂层或阴极保护：隔离材料与腐蚀介质，或通过电化学方法使金属处于免蚀区。

典型应用与失效案例

石油化工：不锈钢设备在含氯环境中的SCC。

核电：蒸汽发生器传热管的SCC。

航空航天：高强度铝合金、钛合金结构件的SCC。

桥梁与建筑：预应力钢筋在特定环境下的SCC。

总之，应力腐蚀是力学、材料学、电化学交叉领域的一种危险失效形式，在工程设计和维护中必须高度重视。