应力腐蚀开裂(SCC)完整ppt课件

应力腐蚀开裂（SCC）,大家好，前面我们学习了全面腐蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和选择性腐蚀。这些都是不考虑外力的情况下金属的腐蚀形态。,全面腐蚀,电偶腐蚀,孔蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀,选择性腐蚀,层状,塞状,实际上，在各种环境中服役的金属材料，除了受腐蚀介质的作用外，同时还受到各种应力作用，这样将导致更为严重的腐蚀破坏。,主要的形式有应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、氢致开裂、磨损腐蚀等。今天这节课给大家介绍一下应力腐蚀开裂的特征、机理以及预防措施。,腐蚀介质,金属,我们首先来看一下应力腐蚀开裂的定义：它指的是受一定拉伸应力作用的金属材料在特定的介质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂现象，简称SCC。,这种现象尤其容易发生在热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机等设备上，像锅炉璧、埋地管道等，涉及所有重要的经济领域。,锅炉壁,埋地管道,由于是脆性断裂，所以往往会带来灾难性的后果，如美国的“银桥”由于长期在含有较高浓度的硫化氢和二氧化硫的空气中服役而突然断裂，造成46人丧生和巨大的经济损失。,H2SSO2,银桥silverbridge,SCC的危害巨大，不容忽视，人们通过多年的案例和实验研究，总结出，诱发SCC需同时具备这三个条件：,(1)敏感的金属材料；,(2)特定的腐蚀介质；,(3)足够大的拉伸应。,首先来看一下特定材料。几乎所有的金属在特定的介质中都有一定的SCC敏感性；合金和含有杂质的金属比纯金属更容易产生SCC。如纯度99.99%的Cu在含氨介质中不会发生腐蚀断裂，但含有0.04%的P和0.01%的铅时则发生开裂。,其次，特定介质。金属只对某些特定的介质敏感，并不是任何介质都能引起SCC。严重的全面腐蚀环境中难以发生SCC，而看似惰性的环境中，只需很少量的特定介质就足以产生SCC，比如高纯水中百万分之几的氯离子就会造成奥氏体不锈钢SCC。,这个表格总结了常用合金发生SCC的特定介质，是需要我们特别注意的。,拉伸力。发生SCC必须有一定拉伸应力，它可能是工作应力，或在生产、安装过程中，材料内部形成的热应力、形变应力等残余应力，以及裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用、阴极反应形成的氢产生的应力等。,如管道焊缝处往往存在内应力，必须采取措施消除。,焊接应力检测,总之，对于特定的材料：不存在应力时，单纯的腐蚀作用不会发生应力腐蚀；不存在腐蚀时，单纯的应力作用也不会发生应力腐蚀,除了上述必要条件，SCC有一些特点，也是十分值得注意的。首先，它是一种滞后破坏。裂纹的孕育期占整个时间的90左右；在经历扩展期后，达到临界尺寸，由纯力学作用而失稳，瞬间断裂。,材料,一定时间,腐蚀介质,拉应力,整个时间与材料、介质、应力有关，短则几分钟，长可达若干年。应力降低，断裂时间延长；应力低于临界应力th时，甚至不发生SCC。,安全区,其次，SCC裂纹也有一定的特点，它们起源于表面；一般呈树枝状，长宽尺寸相差几个数量级；扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向；有晶间型、穿晶型和混合型。晶间型的有软钢、铝合金、铜合金等；穿晶型的有奥氏体不锈钢、镁合金；混合型的有钛合金等。,F,F,混合型,SCC裂纹的扩展速率一般为10-6-10-3mm/min，比均匀腐蚀快约百万倍，但又仅为纯机械断裂速度的十亿分之一。在整个过程中，扩展速率并不是一成不变的。,这是SCC裂纹扩展速率与应力场强度因子间的关系图，一般分为三个区：第一区，裂纹扩展速率较低，受强度因子控制，力学因素起主要作用；,第二区，速率稳定，与强度因子无关，由材料与环境的交互作用控制；第三区，裂纹接近临界尺寸，迅速扩展断裂，此时力学因素又起主要作用。,另外，SCC属于低应力脆断，断裂前没有明显的宏观塑性变形，微观上为解理、准解理或沿晶断裂，往往有二次裂纹和腐蚀坑。这是一个解理断裂断口，可以看到大量的解理台阶。,二次裂纹,解理断口,这是一个沿晶断裂的案例，利用光学显微镜即可观察到裂纹的扩展路径。有点蚀坑形成时，应力的作用下，从点蚀坑底更容易诱发SCC裂纹，这些都是典型的低应力脆断。,点蚀坑,沿晶断裂,了解了SCC的条件和特点后，我们来看一下SCC的机理，其中，阳极溶解机理广为接受。模型是这样的，合金在应力和腐蚀的联合作用下，钝化膜的局部破裂处产生了微裂纹，合金的整个表面为阴极区，裂纹的侧面尤其是尖端为阳极区，形成了大阴极小阳极的腐蚀电池，裂纹尖端应力集中，发生变形至屈服，加速阳极溶解，促使裂纹扩展至破裂。,拉应力,拉应力,腐蚀介质,金属基体,阴极C,阴极C,腐蚀介质,静态阳极A（稳定阳极）,A*区，裂纹尖端，腐蚀电流密度0.5A/cm2,A,钝化膜,屈服阳极A*（动力阳极）,A区，裂纹两侧，腐蚀电流密度10-5A/cm2,A*,我画的很简陋，请进行美化，谢谢！,阴极保护可以防止和抑制应力腐蚀破裂，是对此理论的证明，所以其接受度较高。,但，有的时候，应力腐蚀的特征很难用纯粹的电化学理论解释，因此，人们又提出了氢致开裂机理。模型是这样的，随腐蚀的进行，裂纹的根部或蚀坑的底部具有高酸度和低电位，满足放氢条件，氢扩散到正在扩展的裂纹边缘，并在该处形成高度活化的氢化物或应变固溶体，使该处合金脆化，更有利于裂纹扩展导致破裂。,拉应力,腐蚀介质,钝化膜,Cl-离子使钝化膜发生破坏，产生孔蚀,在裂纹中，发生阳极反应2Cr+3H2OCr2O3+6H+6e,H+,在裂纹中，氢离子被还原2H+2eH2,氢扩散至裂纹尖端形成氢化物或固溶体等脆性相成为裂纹扩展敏感途径,钝化膜上阴极反应：2H2O+2eH2+2OH-1/2H2O+2e2OH-,上述分析说明，应力腐蚀开裂十分危险，在了解了其原因和机理后，我们来看一下相应的预防措施。,首先要合理选择金属材料，根据具体使用环境，尽量避免使用对SCC敏感的材料，这是基本原则。如，铜对氨的应力腐蚀敏感性很高，因此，接触氨的机件就应避免使用各种铜合金。,其次，消除应力。改进结构设计，减小应力集中，在部件的加工和装配过程中尽量避免产生较大的残余应力，并通过热处理等方法消除残余应力。如重要承力杆件的去应力退火，不锈钢弯管抛丸预加压应力等。,喷丸,第三、使用涂层。可使用有机涂层将材料表面与环境分开，或使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层。如聚四氟乙烯通常被用作高温高压不锈钢反应罐的内衬，能起到很好的保护作用；在钛罐内壁上镀一层钽可以克服推进剂中氧分子引起的应力腐蚀。,第四、改善化学介质。可以在腐蚀介质中加入缓蚀剂，促进成膜、阻止氢或有害物质的吸附等，影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用。,如，在高温纯水中加入300ppm的磷酸盐，能使奥氏体不锈钢的应力腐蚀性能大为提高。油田管道服役于高硫酸性环境中，加入缓蚀剂后可有效抑制应力腐蚀。,视频报道：,第五、采用电化学保护。如图所示，应力腐蚀开裂发生在活化到钝化和钝化到过钝化电位区间，可以通过控制电位防止SCC的发生。,一般采用阴极保护法，如地下管道施工时，常常采用缠绕锌带