應(yīng)力作用下的局部腐蝕

1、會計(jì)學(xué)1應(yīng)力作用下的局部腐蝕應(yīng)力作用下的局部腐蝕2 應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)協(xié)同作用協(xié)同作用下引起的金屬開裂（或下引起的金屬開裂（或斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開裂。斷裂）的現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開裂。 應(yīng)力腐蝕斷裂，簡稱應(yīng)力腐蝕斷裂，簡稱SCC，是指金屬材料在固定，是指金屬材料在固定拉應(yīng)力和某種特定腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的脆性斷裂。拉應(yīng)力和某種特定腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的脆性斷裂。 所謂固定拉應(yīng)力是指方向一定，大小可變的拉伸所謂固定拉應(yīng)力是指方向一定，大小可變的拉伸應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕斷裂危害極大，人們稱為應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕斷裂危害極大，人們稱為“災(zāi)難性災(zāi)難性腐蝕腐蝕”。 3不同情況引起的應(yīng)力腐蝕斷裂不同情況引

2、起的應(yīng)力腐蝕斷裂1、由于彎曲殘余應(yīng)力引起的、由于彎曲殘余應(yīng)力引起的 該裂紋多為縱向形式該裂紋多為縱向形式42、從點(diǎn)蝕底部產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋、從點(diǎn)蝕底部產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋 53、由腐蝕產(chǎn)物體積膨脹應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕裂紋、由腐蝕產(chǎn)物體積膨脹應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕裂紋 674、外在應(yīng)力的存在導(dǎo)致應(yīng)力開裂、外在應(yīng)力的存在導(dǎo)致應(yīng)力開裂8 1、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂必須同時(shí)具備三個(gè)基本條件，即、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂必須同時(shí)具備三個(gè)基本條件，即敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)。 2、發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的主要是合金，幾乎所有金屬的發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的主要是合金，幾

3、乎所有金屬的合金在特定的環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如合金在特定的環(huán)境中都有一定的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如，純度達(dá)，純度達(dá)99 99%的銅在含氨介質(zhì)中不會腐蝕斷裂，但含的銅在含氨介質(zhì)中不會腐蝕斷裂，但含有有0 04%磷或磷或0 01%銻時(shí)，則發(fā)生開裂。銻時(shí)，則發(fā)生開裂。 材料因素材料因素力學(xué)因素力學(xué)因素環(huán)境因素環(huán)境因素SCC9 3、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產(chǎn)生、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產(chǎn)生SCC。如表。如表7-1所示這種特定的腐蝕介質(zhì)在含量較少時(shí)也會所示這種特定的腐蝕介質(zhì)在含量較少時(shí)也會造成應(yīng)力腐蝕。造成應(yīng)力腐蝕。1011 4、一般情況下，只有拉應(yīng)力（張應(yīng)力）

4、才能引起應(yīng)力腐蝕斷裂、一般情況下，只有拉應(yīng)力（張應(yīng)力）才能引起應(yīng)力腐蝕斷裂。拉應(yīng)力愈大，斷裂時(shí)間愈短。斷裂所需應(yīng)力，一般都低于材料。拉應(yīng)力愈大，斷裂時(shí)間愈短。斷裂所需應(yīng)力，一般都低于材料的屈服強(qiáng)度。壓應(yīng)力不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕裂紋走向宏觀上的屈服強(qiáng)度。壓應(yīng)力不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕裂紋走向宏觀上與拉應(yīng)力方向垂直。與拉應(yīng)力方向垂直。 5、應(yīng)力腐蝕斷裂是一種典型的滯后破壞，這種滯后破壞過程可、應(yīng)力腐蝕斷裂是一種典型的滯后破壞，這種滯后破壞過程可分三個(gè)階段：第一階段為裂紋孕育期，這個(gè)階段占斷裂總時(shí)間的分三個(gè)階段：第一階段為裂紋孕育期，這個(gè)階段占斷裂總時(shí)間的90%；第二階段為裂紋擴(kuò)展期；第三階段為快

5、速斷裂期。整個(gè)斷；第二階段為裂紋擴(kuò)展期；第三階段為快速斷裂期。整個(gè)斷裂時(shí)間與材料、應(yīng)力和環(huán)境有關(guān)，短的幾分鐘，長的達(dá)幾年。腐裂時(shí)間與材料、應(yīng)力和環(huán)境有關(guān)，短的幾分鐘，長的達(dá)幾年。腐蝕速率介于均勻腐蝕速率和單純斷裂速度之間。蝕速率介于均勻腐蝕速率和單純斷裂速度之間。 6、應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)有三種：晶間型、穿晶型和混合型。、應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)有三種：晶間型、穿晶型和混合型。 晶間晶間型是指裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金等。型是指裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金等。12氫致解理斷口氫致解理斷口穿晶脆性斷裂組織圖穿晶脆性斷裂組織圖沿晶脆性斷裂組織圖沿晶脆性斷裂組織圖13 7、

6、應(yīng)力腐蝕斷裂裂紋一般為樹枝狀結(jié)構(gòu)，裂紋走向垂直、應(yīng)力腐蝕斷裂裂紋一般為樹枝狀結(jié)構(gòu)，裂紋走向垂直于應(yīng)力方向。于應(yīng)力方向。14 目前關(guān)于應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理已達(dá)十幾種，帕金斯于目前關(guān)于應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理已達(dá)十幾種，帕金斯于1964年提出年提出“應(yīng)力腐蝕譜應(yīng)力腐蝕譜”的觀點(diǎn)，把各種的觀點(diǎn)，把各種SCC類型及類型及其機(jī)理排列起來構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的譜，如下表所示。其機(jī)理排列起來構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的譜，如下表所示。 15 根據(jù)應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)代觀念比較集中的有三種理論，即根據(jù)應(yīng)力腐蝕斷裂的現(xiàn)代觀念比較集中的有三種理論，即陽極溶解機(jī)理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陰極過程陽極溶解機(jī)理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機(jī)理（陰

7、極過程放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同放出氫原子進(jìn)入基體，導(dǎo)致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同作用的機(jī)理。作用的機(jī)理。 1、陽極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕斷裂主要是指金屬材料在靜、陽極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕斷裂主要是指金屬材料在靜拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽極溶解過程拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽極溶解過程控制引起脆斷（控制引起脆斷（APC-SCC）。屬于這類機(jī)理的有低碳鋼、鋁）。屬于這類機(jī)理的有低碳鋼、鋁合金和銅合金的合金和銅合金的SCC。 16 溶液中的銅氨絡(luò)離子溶液中的銅氨絡(luò)離子Cu(NH3)n2+的存在是的存在是 黃銅氨脆所必黃銅氨脆所必需條件，它

8、是由于溶解在溶液中的氨氣、氧氣與銅反應(yīng)生需條件，它是由于溶解在溶液中的氨氣、氧氣與銅反應(yīng)生成的。成的。Cu + nNH3 + 1/2 O2 + H2O Cu(NH3)n2+ + 2OH- 黃銅在成膜溶液中（含黃銅在成膜溶液中（含Cu2 +和和NH4+離子溶液，離子溶液，pH=6 47 3中生成一層中生成一層Cu2O膜）膜） 主要是晶間斷裂。主要是晶間斷裂。 在成膜溶液中的沿晶界斷裂機(jī)理：在銅合金表面存在在成膜溶液中的沿晶界斷裂機(jī)理：在銅合金表面存在Cu2O膜，韌性差；在應(yīng)力作用下發(fā)生脆性破裂。膜，韌性差；在應(yīng)力作用下發(fā)生脆性破裂。 在不成膜溶液中（在不成膜溶液中（ pH=7 811 2 時(shí)，銅

9、合金處于活性溶時(shí)，銅合金處于活性溶解），在應(yīng)力的作用引起露頭的位錯(cuò)優(yōu)先溶解，因而裂紋解），在應(yīng)力的作用引起露頭的位錯(cuò)優(yōu)先溶解，因而裂紋沿著位錯(cuò)密度最高的途徑擴(kuò)展。沿著位錯(cuò)密度最高的途徑擴(kuò)展。1718 該理論至少包括四個(gè)過程：表面膜的形成、應(yīng)力作用下該理論至少包括四個(gè)過程：表面膜的形成、應(yīng)力作用下金屬產(chǎn)生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽極溶解、金屬產(chǎn)生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽極溶解、裸露金屬再鈍化。裸露金屬再鈍化。 在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動，在表面產(chǎn)生滑在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動，在表面產(chǎn)生滑移臺階，表面膜產(chǎn)生局部破裂，露出活潑的移臺階，表面膜產(chǎn)生局部破裂，露出活潑的“

10、新鮮新鮮”金屬金屬。有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化。有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化-活化微電池?；罨㈦姵?。 伴隨陽極溶解產(chǎn)生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕伴隨陽極溶解產(chǎn)生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應(yīng)力繼續(xù)作坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應(yīng)力繼續(xù)作用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應(yīng)力集中，而使鈍化膜用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應(yīng)力集中，而使鈍化膜再次破裂，造成新的活性陽極區(qū)，如此反復(fù)，造成縱深穿再次破裂，造成新的活性陽極區(qū)，如此反復(fù)，造成縱深穿晶的裂紋。晶的裂紋。 1920 認(rèn)為：金屬材認(rèn)為：金屬材料在拉應(yīng)力料在拉應(yīng)力 和和腐蝕介質(zhì)共同作腐

11、蝕介質(zhì)共同作用下，由于陰極用下，由于陰極還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散到裂氫原子擴(kuò)散到裂紋尖端的金屬內(nèi)紋尖端的金屬內(nèi)部引起并控制脆部引起并控制脆斷。這種應(yīng)力腐斷。這種應(yīng)力腐蝕稱為氫脆型蝕稱為氫脆型SCC（HE-SCC）。也稱氫的滯）。也稱氫的滯后開裂。后開裂。 21應(yīng)力來源：應(yīng)力來源：（1）工作應(yīng)力：設(shè)備和部件在工作條件下所承受的外加載）工作應(yīng)力：設(shè)備和部件在工作條件下所承受的外加載荷；荷；（2）殘余應(yīng)力：金屬材料在生產(chǎn)過程和加工過程中，在材）殘余應(yīng)力：金屬材料在生產(chǎn)過程和加工過程中，在材料料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機(jī)械加內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機(jī)械

12、加工、焊接、熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；工、焊接、熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；（3）熱應(yīng)力：由于溫度變化而引起的殘余應(yīng)力；）熱應(yīng)力：由于溫度變化而引起的殘余應(yīng)力；（4）結(jié)）結(jié)構(gòu)應(yīng)力：由于設(shè)備、部件的安裝與裝配而引起的應(yīng)構(gòu)應(yīng)力：由于設(shè)備、部件的安裝與裝配而引起的應(yīng)力。力。外加應(yīng)力愈大，材料斷裂時(shí)間愈短。如圖所示。外加應(yīng)力愈大，材料斷裂時(shí)間愈短。如圖所示。影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素1、應(yīng)力、應(yīng)力2223應(yīng)力作用：（應(yīng)力作用：（1）破壞鈍化膜）破壞鈍化膜24應(yīng)力作用：（應(yīng)力作用：（2）加速）加速Cl-和和OH-的吸附溶解的吸附溶解25 （1）特殊離子及其濃度的影響：氧濃度、氯化物濃

13、）特殊離子及其濃度的影響：氧濃度、氯化物濃度影響如圖所示。度影響如圖所示。 26（2）溫度：）溫度： 一般來說，溫度升一般來說，溫度升高，高，SCC容易發(fā)生，容易發(fā)生，但溫度過高，由于產(chǎn)但溫度過高，由于產(chǎn)生全面腐蝕，而抑制生全面腐蝕，而抑制了應(yīng)力腐蝕。了應(yīng)力腐蝕。 27（3）溶液中）溶液中pH值的影響：對不銹鋼而言，值的影響：對不銹鋼而言，pH值增加減緩值增加減緩了應(yīng)力腐蝕。了應(yīng)力腐蝕。 28（4）界面電位電位狀況的影響：大量實(shí)驗(yàn)研究證明，）界面電位電位狀況的影響：大量實(shí)驗(yàn)研究證明，SCC只有只有在一定的電位范圍內(nèi)才能發(fā)生?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)合金的陽極極化曲線有在一定的電位范圍內(nèi)才能發(fā)生?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)合金的陽極

14、極化曲線有三個(gè)易產(chǎn)生三個(gè)易產(chǎn)生SCC的區(qū)域。這些區(qū)域都是過渡區(qū)。如圖所示。的區(qū)域。這些區(qū)域都是過渡區(qū)。如圖所示。 29 在不銹鋼中加入在不銹鋼中加入Si、Co有有利于提高抗利于提高抗SCC性能。但含性能。但含有周期表第有周期表第V類元素類元素N、P、As、Sb、Bi有有害的。有有害的。Mo 4%能提高抗能提高抗SCC性能。性能。 對鈦合金，降低它的含氧對鈦合金，降低它的含氧量和量和Al量，同時(shí)加入適量的量，同時(shí)加入適量的Nb、Ta、V有利于提高抗有利于提高抗SCC性能。性能。 對黃銅，少量對黃銅，少量Fe、Sn、Mn、Si、Al、Cd、Pb可促可促進(jìn)應(yīng)力腐蝕。進(jìn)應(yīng)力腐蝕。 30 1、降低和消除

15、應(yīng)力：、降低和消除應(yīng)力： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：降低設(shè)計(jì)應(yīng)力，盡量避免或減少局部應(yīng)力集中；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：降低設(shè)計(jì)應(yīng)力，盡量避免或減少局部應(yīng)力集中； 加工和裝配：應(yīng)盡量避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力；加工和裝配：應(yīng)盡量避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力； 機(jī)械方法消除內(nèi)應(yīng)力，在受應(yīng)力的合金表面進(jìn)行噴丸、噴砂、錘敲機(jī)械方法消除內(nèi)應(yīng)力，在受應(yīng)力的合金表面進(jìn)行噴丸、噴砂、錘敲等處理，使表面層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，以提高抗等處理，使表面層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，以提高抗SCC性能。性能。 2、控制環(huán)境、控制環(huán)境 改善使用條件，除去危害性大的介質(zhì)成分。如水中的氧和氯化物。改善使用條件，除去危害性大的介質(zhì)成分。如水中的氧和氯化物。 減少內(nèi)外溫差；減少內(nèi)外溫差； 升高升

16、高pH值；值； 采用添加適當(dāng)?shù)木徫g劑或采用涂、鍍層的辦法控制環(huán)境；采用添加適當(dāng)?shù)木徫g劑或采用涂、鍍層的辦法控制環(huán)境； 采用陰、陽極電化學(xué)保護(hù)方法，避免進(jìn)入三個(gè)采用陰、陽極電化學(xué)保護(hù)方法，避免進(jìn)入三個(gè)SCC敏感的電位區(qū)。敏感的電位區(qū)。 3、改善材質(zhì)、改善材質(zhì)較抗較抗SCC性能的不銹鋼：高鎳奧氏體、高純奧氏體鋼、雙相不銹鋼；性能的不銹鋼：高鎳奧氏體、高純奧氏體鋼、雙相不銹鋼；較抗較抗SCC性能的鋁合金：包鋁性能的鋁合金：包鋁LD10、包鋁的、包鋁的LY12、LF21、ZL101；較抗較抗SCC性能的鈦合金：性能的鈦合金：Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-2Al-4Mo-4Zr。 應(yīng)力腐蝕斷裂的控

17、制措施應(yīng)力腐蝕斷裂的控制措施311模擬試驗(yàn)方法及設(shè)備322、實(shí)驗(yàn)室常用的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)介質(zhì)、實(shí)驗(yàn)室常用的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)介質(zhì)333、結(jié)果的評定、結(jié)果的評定 采用采用20倍的放大鏡檢查：裂紋引發(fā)所需時(shí)間、裂紋生長速倍的放大鏡檢查：裂紋引發(fā)所需時(shí)間、裂紋生長速度、斷裂時(shí)間。度、斷裂時(shí)間。 金相檢驗(yàn)穿晶、沿晶和混合型應(yīng)力腐蝕破裂。金相檢驗(yàn)穿晶、沿晶和混合型應(yīng)力腐蝕破裂。 3435 氫損傷和應(yīng)力腐蝕斷裂在產(chǎn)生原因和機(jī)理上是有氫損傷和應(yīng)力腐蝕斷裂在產(chǎn)生原因和機(jī)理上是有區(qū)別的。區(qū)別的。 應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展是由于裂紋的陽極溶解，其應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展是由于裂紋的陽極溶解，其陰極對裂紋的擴(kuò)展并不產(chǎn)生直接的影響。陰極對

18、裂紋的擴(kuò)展并不產(chǎn)生直接的影響。 氫損傷是由于合金在陰極區(qū)吸收了陰極反應(yīng)產(chǎn)物氫損傷是由于合金在陰極區(qū)吸收了陰極反應(yīng)產(chǎn)物氫原子，誘導(dǎo)脆性而產(chǎn)生和擴(kuò)展的。氫原子，誘導(dǎo)脆性而產(chǎn)生和擴(kuò)展的。 361、氫的來源氫的來源 內(nèi)氫：冶煉、鑄造、電鍍、酸洗、焊接、陰極充氫等工藝內(nèi)氫：冶煉、鑄造、電鍍、酸洗、焊接、陰極充氫等工藝過程中引入的。過程中引入的。 外氫：材料使用過程中，由外界環(huán)境引入的。外氫：材料使用過程中，由外界環(huán)境引入的。 1）H2吸附分解成原子氫。吸附分解成原子氫。 2）腐蝕析氫在金屬表面分解成原子氫。）腐蝕析氫在金屬表面分解成原子氫。 3）含氫物質(zhì)與金屬表面發(fā)生反應(yīng)放出氫。）含氫物質(zhì)與金屬表面發(fā)生

19、反應(yīng)放出氫。2、氫的存在形式、氫的存在形式 氫可以氫可以H-、H、H+、H2、金屬氫化物、固溶體、碳?xì)浠?、金屬氫化物、固溶體、碳?xì)浠衔锏刃问酱嬖谟诮饘僦?，也可與位錯(cuò)結(jié)合形成氣團(tuán)而存在合物等形式存在于金屬中，也可與位錯(cuò)結(jié)合形成氣團(tuán)而存在。 373、氫的傳輸、氫的傳輸 氫在金屬中是以點(diǎn)陣擴(kuò)散、應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散及氫的位錯(cuò)遷移氫在金屬中是以點(diǎn)陣擴(kuò)散、應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散及氫的位錯(cuò)遷移等方式進(jìn)行傳輸?shù)?。等方式進(jìn)行傳輸?shù)摹?點(diǎn)陣擴(kuò)散：金屬表面富集氫后與金屬內(nèi)部構(gòu)成一定的濃度點(diǎn)陣擴(kuò)散：金屬表面富集氫后與金屬內(nèi)部構(gòu)成一定的濃度梯度，則氫會向金屬內(nèi)部擴(kuò)散。氫原子處在金屬點(diǎn)陣的間梯度，則氫會向金屬內(nèi)部擴(kuò)散。氫原子處在金屬點(diǎn)

20、陣的間隙位置，從一個(gè)間隙位置跳到另一個(gè)間隙位置的過程就是隙位置，從一個(gè)間隙位置跳到另一個(gè)間隙位置的過程就是氫的擴(kuò)散。氫的擴(kuò)散。 (陷阱陷阱) 應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散：氫在應(yīng)力梯度作用下通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散，應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散：氫在應(yīng)力梯度作用下通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散，將向高應(yīng)力區(qū)聚集（將向高應(yīng)力區(qū)聚集（Corsky效應(yīng)）。高應(yīng)力區(qū)氫濃度均超效應(yīng)）。高應(yīng)力區(qū)氫濃度均超過整體的氫濃度。過整體的氫濃度。 位錯(cuò)遷移：位錯(cuò)可捕獲氫，因此影響氫的點(diǎn)陣擴(kuò)散，當(dāng)位位錯(cuò)遷移：位錯(cuò)可捕獲氫，因此影響氫的點(diǎn)陣擴(kuò)散，當(dāng)位錯(cuò)進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，氫氣團(tuán)跟著位錯(cuò)一起運(yùn)動。錯(cuò)進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，氫氣團(tuán)跟著位錯(cuò)一起運(yùn)動。381、氫腐蝕機(jī)理（高溫氫腐蝕）（氫腐蝕機(jī)理（高

21、溫氫腐蝕）（Hydrogen Corrosion） 氫腐蝕是指在高溫氫腐蝕是指在高溫200以上，高壓條件下，氫進(jìn)入金以上，高壓條件下，氫進(jìn)入金屬，產(chǎn)生合金組分與氫化學(xué)反應(yīng)生成氫化物等物質(zhì)，導(dǎo)致屬，產(chǎn)生合金組分與氫化學(xué)反應(yīng)生成氫化物等物質(zhì)，導(dǎo)致合金強(qiáng)度下降以至沿晶界開裂的現(xiàn)象，簡稱合金強(qiáng)度下降以至沿晶界開裂的現(xiàn)象，簡稱HC。 機(jī)理：機(jī)理：C+2H2 CH4 Fe3C+2H2 3Fe+CH4 或或4H + Fe3C 3Fe+CH4 反應(yīng)生成的高壓氣體，在高壓、高溫、含氫條件下氫反應(yīng)生成的高壓氣體，在高壓、高溫、含氫條件下氫分子擴(kuò)散到鋼中，并生成甲烷，甲烷在鋼中的擴(kuò)散能力很分子擴(kuò)散到鋼中，并生成甲烷

22、，甲烷在鋼中的擴(kuò)散能力很低，這樣甲烷量不斷增多，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中低，這樣甲烷量不斷增多，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中使該處發(fā)展為裂紋。（脫碳）使該處發(fā)展為裂紋。（脫碳）3940412、氫鼓泡（、氫鼓泡（Hydrogen Blistering） 氫鼓泡是指過飽和的氫原子在缺陷位置（如夾雜、氣孔氫鼓泡是指過飽和的氫原子在缺陷位置（如夾雜、氣孔、微縫隙處）析出后，形成氫分子，在局部區(qū)域造成高氫、微縫隙處）析出后，形成氫分子，在局部區(qū)域造成高氫壓（壓（106MPa），引起表面鼓泡或形成內(nèi)部裂紋，使鋼材撕），引起表面鼓泡或形成內(nèi)部裂紋，使鋼材撕裂開來的現(xiàn)象，稱氫誘發(fā)開裂（裂開來的現(xiàn)象，稱氫誘發(fā)開

23、裂（HIC）或氫鼓泡（）或氫鼓泡（HB）。）。423、氫化物脆裂、氫化物脆裂 （ Hydrogen Embrittlement） 氫化物脆裂脆（氫化物脆裂脆（HE）是指由于氫擴(kuò)散到金屬中以固溶態(tài)）是指由于氫擴(kuò)散到金屬中以固溶態(tài)（氫以（氫以H-、H、H+的形態(tài)，固溶于金屬中）存在，或生成氫的形態(tài)，固溶于金屬中）存在，或生成氫化物而導(dǎo)致材料斷裂的現(xiàn)象。化物而導(dǎo)致材料斷裂的現(xiàn)象。 特征：特征： 敏感性隨溫度的降低及樣品有缺口而增加敏感性隨溫度的降低及樣品有缺口而增加 與形變速率關(guān)系密切與形變速率關(guān)系密切 氫化物的形態(tài)、分布對金屬的塑性有明顯的影響：薄片氫化物的形態(tài)、分布對金屬的塑性有明顯的影響：薄片

24、狀氫化物易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。狀氫化物易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。 4344451、氫含量影響氫含量影響 隨著鋼中氫濃度的增加，鋼的臨界應(yīng)力下降，延伸率減小隨著鋼中氫濃度的增加，鋼的臨界應(yīng)力下降，延伸率減小，對氫的敏感性增大。當(dāng)氫氣中含有雜質(zhì)時(shí)，會抑制氫損傷，對氫的敏感性增大。當(dāng)氫氣中含有雜質(zhì)時(shí)，會抑制氫損傷462、溫度的影響、溫度的影響 氫脆一般發(fā)生在氫脆一般發(fā)生在-3030范圍內(nèi)。溫度高于范圍內(nèi)。溫度高于65，一般不，一般不產(chǎn)生氫脆。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴(kuò)散加快，鋼中含產(chǎn)生氫脆。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴(kuò)散加快，鋼中含氫量下降，不容易在裂紋尖端富集的緣故。氫量下降，不容易在裂紋尖端富

25、集的緣故。47 3、溶液、溶液pH值的影響值的影響 隨著隨著pH值降低，斷值降低，斷裂時(shí)間縮短，當(dāng)裂時(shí)間縮短，當(dāng)pH值值9時(shí)，未發(fā)現(xiàn)斷裂。時(shí)，未發(fā)現(xiàn)斷裂。484、合金成分的影響、合金成分的影響 一般一般Cr、Mo、W、Ti、V、Nb等元素，能夠與等元素，能夠與鋼中的碳形成碳化物，使晶粒細(xì)化，提高鋼的韌性鋼中的碳形成碳化物，使晶粒細(xì)化，提高鋼的韌性，對降低氫損傷敏感性是有利的。而，對降低氫損傷敏感性是有利的。而Mn加入鋼中是加入鋼中是會促進(jìn)裂紋的生成。會促進(jìn)裂紋的生成。 491、選用耐氫脆性合金、選用耐氫脆性合金2、減小內(nèi)氫措施：、減小內(nèi)氫措施： 改進(jìn)冶煉技術(shù)改進(jìn)冶煉技術(shù) 焊接時(shí)采用低氫氣氛焊接

26、時(shí)采用低氫氣氛 電鍍時(shí)需使用低氫脆工藝，提高電鍍的電流效率電鍍時(shí)需使用低氫脆工藝，提高電鍍的電流效率，減小腐蝕率。，減小腐蝕率。 酸洗時(shí)合理選用緩蝕劑、減小腐蝕率。酸洗時(shí)合理選用緩蝕劑、減小腐蝕率。 除氫處理除氫處理 503、控制外氫進(jìn)入金屬、控制外氫進(jìn)入金屬 障礙氫的直接滲入：可采取在基體上施以低氫擴(kuò)散性和障礙氫的直接滲入：可采取在基體上施以低氫擴(kuò)散性和低氫溶解度的鍍涂層。如覆蓋低氫溶解度的鍍涂層。如覆蓋Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層和有機(jī)涂層。等金屬鍍層和有機(jī)涂層。 阻礙氫的間接進(jìn)入：采取加入某些合金元素延緩腐蝕反阻礙氫的間接進(jìn)入：采取加入某些合金元素延緩腐蝕反應(yīng)，或生成的產(chǎn)物

27、具有抵制氫進(jìn)入基體的作用。如含應(yīng)，或生成的產(chǎn)物具有抵制氫進(jìn)入基體的作用。如含Cu鋼在鋼在H2S水介質(zhì)中，生成水介質(zhì)中，生成Cu2S致密產(chǎn)物，能夠降低氫誘致密產(chǎn)物，能夠降低氫誘發(fā)的開裂傾向。發(fā)的開裂傾向。 降低外氫的活性：例如在降低外氫的活性：例如在H2S、H2氣氛中，加入氣氛中，加入0 60 8%的氧作為的氧作為抵制劑抵制劑，可有效地，可有效地抵制抵制裂紋的擴(kuò)展。裂紋的擴(kuò)展。 515253（3）溶液中）溶液中pH值的影響：對不銹鋼而言，值的影響：對不銹鋼而言，pH值增加減緩值增加減緩了應(yīng)力腐蝕。了應(yīng)力腐蝕。 543、結(jié)果的評定、結(jié)果的評定 采用采用20倍的放大鏡檢查：裂紋引發(fā)所需時(shí)間、裂紋生長速倍的放大鏡檢查：裂紋引發(fā)所需時(shí)間、裂紋生長速度、斷裂時(shí)間。度、斷裂時(shí)間。 金相檢驗(yàn)穿晶、沿晶和混合型應(yīng)力腐蝕破裂。金相檢驗(yàn)穿晶、沿晶和混合型應(yīng)力腐蝕破裂。 55561、氫腐蝕機(jī)理（高溫氫腐蝕）（氫腐蝕機(jī)理（高溫氫腐蝕）（Hydrogen Corrosion）