應(yīng)力腐蝕試驗原理及特性

在第三方檢測試驗的過程之中，應(yīng)力腐蝕斷裂試驗通常與結(jié)構(gòu)件的靜應(yīng)拉力以及腐蝕作用的共同影響下所產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕測試常應(yīng)用于不銹鋼及合金材料的檢測之中，對于一些特殊應(yīng)用場景的特種應(yīng)用材料同樣有著非常明顯的作用效果。下面我們來著重介紹一下應(yīng)力腐蝕的應(yīng)用及特性。

由應(yīng)力腐蝕而引起的裂紋是在沒有任何明顯宏觀變形更無任何征兆的情況下發(fā)生的，所以其破壞具有突發(fā)性。裂紋往往又深入到金屬內(nèi)部，一旦發(fā)生也很難修復(fù)，有時只能整臺設(shè)備報廢。

     碳鋼及低合金鋼在濕度較大的硫化氫環(huán)境中易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕，對石油、石化工業(yè)裝備的安全運(yùn)行構(gòu)成很大的威脅。對低濃度硫化氫環(huán)境，可通過凈化材質(zhì)、大幅度降低S、P含量，改善材料組織結(jié)構(gòu)等措施，對應(yīng)力腐蝕起到有效抑制作用。

一、形成應(yīng)力腐蝕裂紋的基本條件如下:

(1) 金屬材料是合金也包括微量元素的合金，純金屬一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋；

(2) 材質(zhì)與腐蝕介質(zhì)的匹配并非任何金屬材料與任何介質(zhì)都能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，它們有一定的匹配關(guān)系；

(3) 必須存在拉應(yīng)力，拉應(yīng)力可以是工作應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力通常在焊縫及近縫區(qū)為拉應(yīng)力，有時高達(dá)材料的屈服點。所以即使焊接結(jié)構(gòu)不承受載荷，只要材質(zhì)與腐蝕介質(zhì)符合匹配關(guān)系也會引起應(yīng)力腐蝕裂紋。

二、應(yīng)力腐蝕的發(fā)生條件和特征：

(1) 必須是拉應(yīng)力；

(2) 構(gòu)成一定材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境介質(zhì)是特定的；

(3) 應(yīng)力腐蝕破裂速度遠(yuǎn)大于其他局部腐蝕速度，但比純力學(xué)(機(jī)械)斷裂速度小得多；

(4) 應(yīng)力腐蝕斷裂，常在無明顯預(yù)兆的情況下突然發(fā)生，故其危害性極大；

(5) 裂紋形態(tài)有晶間型、穿晶型和混合型3種；

(6) 斷口形貌，宏觀上屬于脆性斷裂，其微觀上可觀察到斷面上仍有塑性流變痕跡。

三、根據(jù)應(yīng)力加載的方法不同，應(yīng)力腐蝕試驗方法主要分為四類：

(1) 恒變形法：給予試樣一定的變形，對其在試驗環(huán)境中的開裂敏感性進(jìn)行評定；

(2) 恒載荷法：即把單軸拉伸型的試樣沿軸向施加應(yīng)力,在腐蝕介質(zhì)中試驗,比較斷裂時間的長短,或利用應(yīng)力與斷裂時間的關(guān)系曲線,來提出應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力σscc；

(3) 慢應(yīng)變速率法：是在專門設(shè)計的慢應(yīng)變速率應(yīng)力試驗機(jī)上，使試樣在腐蝕介質(zhì)中以一定的應(yīng)變速度拉伸，直至斷裂。分析試樣的破斷情況和斷口特征等，以評定其應(yīng)力腐蝕開裂敏感性；

(4) 斷裂力學(xué)法：使用楔形張開加載型試樣進(jìn)行研究，以預(yù)先制有裂紋的試樣給以各種K值，測定裂紋停止擴(kuò)展的臨界值KISCC。

其標(biāo)準(zhǔn)有：

GB/T 4157-2006《金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂恒負(fù)荷拉伸試驗方法》

GB/T 17898-1999《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應(yīng)力腐蝕試驗方法》

GB/T 10126-2002《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應(yīng)力腐蝕試驗方法》

四、可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的金屬材料－環(huán)境的組合主要有以下幾種：

(1) 對碳鋼和低合金鋼，介質(zhì)有堿液，硝酸鹽溶液，無水液氨，濕硫化氫，醋酸等；

(2) 對奧式體不銹鋼，介質(zhì)有氯離子，氯化物+蒸汽，硫化氫，堿液等；

(3) 對含鉬奧式體不銹鋼，介質(zhì)有堿液，氯化物水溶液，硫酸+硫酸銅的水溶液等；

(4) 對黃銅，介質(zhì)有氨氣及溶液，氯化鐵，濕二氧化硫等；

(5) 對鈦，介質(zhì)有含鹽酸的甲醇或乙醇，熔融氯化鈉等；

(6) 對鋁，介質(zhì)有濕硫化氫，含氫硫化氫，海水等。

五、應(yīng)力腐蝕破裂控制途徑：

(1) 降低應(yīng)力，消除殘余應(yīng)力；

(2) 選用耐應(yīng)力腐蝕材料；

(3) 采用陰極保護(hù)；

(4) 添加緩蝕劑或除去介質(zhì)中有害成分。