浅析金属腐蚀中应力腐蚀基本条件

材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力(包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等)下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。

应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%.

应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性;二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。

应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核;第二阶段为腐蚀裂纹发展时期，当裂纹生核后，在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展;第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致零件的破坏。

在发生应力腐蚀破裂时，并不发生明显的均匀腐蚀，甚至腐蚀产物极少，有时肉眼也难以发现，因此，应力腐蚀是一种非常危险的破坏。

一般来说，介质中氯化物浓度的增加，会缩短应力腐蚀开裂所需的时间。不同氯化物的腐蚀作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等离子的顺序递减的。发生应力腐蚀的温度一般在50℃~300℃之间。

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。主要是：一要尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料;二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;三在加工制造设备时，要注意消除残余应力。

幸运的是，SCC的发生取决于三个条件必须同时达成：

a) 敏感材料。苍蝇不叮无缝的鸡蛋，要生发生应力腐蚀开裂，首先得是敏感性的材料。材料具有敏感性给我们的提示是，在一些可能发生应力腐蚀开裂的工况环境，选材要慎重。如304等奥氏体不锈钢在含有氯的环境服役，应力腐蚀开裂是尤其应该注意的问题。奥氏体不锈钢是面心立方金属，面心立方金属尤其容易发生应力腐蚀开裂，这是晶体结构决定的。

b) 容易引起应力腐蚀开裂的环境。即使材料敏感，没有导致应力腐蚀开裂的介质也是不会发生应力腐蚀开裂的，它好比硬币的AB面。环境介质也是应力腐蚀开裂的重要条件。

c) 足够的拉应力。通常认为静态拉应力是导致应力腐蚀开裂的充分必要条件。有人会问，那要是交变载荷呢?小编认为可能要归于腐蚀疲劳了。为什么说发生应力腐蚀开裂需要足够的静态拉应力呢?因为它需要满足一个腐蚀状态下的临界应力强度因子。

应力腐蚀开裂在通常结构材料中是比较罕见的，但在海洋、电厂、化工和石油钻采等领域是非常常见的破坏形式，并且这种失效可能造成的代价是十分巨大的。