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[摘 要]在具体生產环节中 ，部分时候金属在腐蚀并不严重的状况下 ，经过一段时间发生低应力脆断。由于这种脆断的突然性和不可预测性 ，因而具有相当的危险性。金属材料在特定的介质环境中 ，承受拉应力经过一定时间后发生裂纹及断裂的现象称为应力腐蚀断裂。
[关键词]应力腐蚀断裂；判断；防护措施
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0292-01
引言
从十九世纪下半叶发现黄铜的“季裂”至今 ，一个多世纪以来，国内外对应力腐蚀破坏的报道和研究越来越多。几乎所有金属材料都先后出现了应力腐蚀断裂的问题。由于现代工业的发展 ，材料工作的环境日渐恶化， 应力腐蚀的问题日益突出。应力腐蚀、低应力脆断和疲劳断裂并列为当今工程断裂事故的主要原因。
1 产生应力腐蚀断裂的过程
在钢中发生应力腐蚀断裂的过程，在一般情况下可分为三个有特征性的阶段：（1）孕育阶段（或称潜伏期）。（2）腐蚀裂缝的发展阶段（或称传播期）。（3）部件沿着发展得最快的裂缝的最终崩溃性发展。首先，金属表面的保护膜（如果有的话）由于腐蚀过程的集中和拉应力的集中的作用局部破坏，开始形成腐蚀凹坑，然后应力腐蚀裂缝自凹坑引入，形成了一些最初的腐蚀—机械裂缝。在发生应力腐蚀破裂的过程中，当保护膜被破坏后在直接发生应力腐蚀破裂时，最先是产生点腐蚀也有产生缝隙腐蚀和晶间腐蚀的，这些统称为初步腐蚀，接着就产生自底部开始的间接型应力腐蚀裂缝。在实际的应力腐蚀破裂中，间接型的应力腐蚀破裂要多得多。若不发生如上所说的初步腐蚀，也不会发生应力腐蚀破裂。在产生应力腐蚀裂缝后即使应力不松弛，其扩展也需要足够长的时间，裂纹继续不断的扩展以致迅速的破坏（纯粹的机械破坏）。金属部件表面上拉应力的集中可以由下列不同原因发生。①由于第二类不均匀内应力的存在，在金属的表面层中本来已产生了拉应力的集中。②由于金属各别组织单元机械性质的不均一性（取向不同的晶粒、夹杂物和边界），以及由于金属中有着表面上和表面下的缺陷（擦伤、加工纹路、裂缝、絮状缺陷等）。很明显，在加上第一类拉应力以后就立刻出现了局部拉应力。③由于局部性质的电化学腐蚀的发展，在拉伸了的样品上也可以逐渐产生局部应力。局部腐蚀破坏的发展是金属组织的不均匀性或保护膜的局部破坏的结果。总之，拉伸应力和腐蚀过程促使局部应力和腐蚀过程同时集中在金属表面上同一地点，对于应力腐蚀破坏来说是最为明显的特征。
2 应力腐蚀断裂的特征
2.1 应力腐蚀断裂的特征曲线
应力腐蚀断裂是一种延迟断裂 ，通常情况下，断裂时间随介质条件和应力大小从几分钟到几年不等。应力腐蚀裂纹的扩展速度远大于没有应力时的腐蚀速度 ，但比纯机械快速脆性断裂要慢得多。
2.2 断口外观特征
针对应力腐蚀延迟断裂的试件而言，表面最先发生锈斑。应力越高 ，棕红色锈斑出现时间越早 ，数量也越多且长大速度也越快。在锈斑长大的过程中 ，并非所有锈斑都均匀长大 ，个别锈斑长大较快 ，最后试件在此位置断裂。
2.3 断口形貌
应力腐蚀断口大致可以划分为如下几个区域： 腐蚀区、解理区、过渡区和韧窝区。应力高的试样腐蚀区、解理区、过渡区较小 ，中心韧窝较大。应力低的试样则相反 ，过渡区处断裂由解理断裂向非解理断裂转化。从断口宏观形貌来看 ，应力腐蚀断口呈灰黑色。
3 应力腐蚀断裂的参量及其测定方法
3.1光滑试样恒载荷试验
在恒载荷拉伸试验机上， 由砝码经过杠杆体系加载， 在一定的载荷下测定试样的断裂时间，用以比较材料的应力腐蚀敏感性。测定σ-t 曲线，求得材料在指定时间内不发生断裂的门槛应力值σ。光滑试样恒载荷试验常用于研究不同材料的应力腐蚀敏感性或其它因素对应力腐蚀的影响。
3.2预裂纹试样试验
光滑试样恒载荷试验测得的t值中包括裂纹的生核和扩展 ，但在实际工程构件中裂纹源往往早已具备， 应力腐蚀断裂过程中主要是裂纹扩展， 因此预裂纹试样试验可测定应力腐蚀断裂的断裂力学参量和裂纹扩展动力学参量。预裂纹试样试验通常采用悬臂梁试验方法， 试样与测定断裂韧性相同
4 应力腐蚀裂纹的预防
4.1合理地选择材料
可以认为，产生应力腐蚀裂纹的必要条件应该包括下列三个方面：一是应力条件，二是介质（即环境）条件，三是材料在上述应力、介质条件下的应刀腐蚀敏感性。严格说来，任何一个部件它都是在应力和介质条件下工作的，从这个意义上来说，要完全避免应力及介质条件的影响是不可能的，所以在设计部件时，就应该根据其使用条件合理地选择材料。对于产生晶间性应力腐蚀裂纹，或明显产生点蚀，然后从点蚀坑底部发生裂纹，防止裂纹起点的发生是有效的。在这种情况下，当加工后的固溶化热处理困难时，使用低碳型与稳定化型的耐晶间腐蚀性钢种是必要的。对容易引起点蚀的场合，推荐使用耐点蚀的不锈钢，即含M.的钢种。合理地选择材料.
4.2结构上的改良
应力腐蚀裂纹发生的部位，多半是在结构上的应力集中饮或高温区，所以应尽可能部件上要避免有应力集中点，这在焊接施工时尤其要注意。另外，还要注意不要形成结构上的缝隙所谓（“死角”），因为这些缝隙会造成局部地区的溶液浓缩，在平板上填角焊接的垂直构件，虽然采用间断焊接也有足够的强度，但因在未施焊部分留下了两构件间的缝隙，所以，希望采用连续焊接，或仍然进行间断焊接而对长焊接部分作扇形切割。第三点应注意的是，不要形成热负荷集中的热点。
4.3热处理
这里所述的热处理的目的主要是为消除或降低构件本身因加工过程所导致的残余应力。通常认为，对穿晶应力腐蚀裂纹，由热处理消除残余应力是非常有效的。如上所述，随着应力降低，应力腐蚀裂纹愈难发生，当应力低到一定程度以下时，就不会发生裂纹，即存在着所谓“临界应力”。因此，在进行设计和施工时，要求装置各个部分的应力值比它的临界应力值低。但是，临界应力位因材料种类或腐蚀介质条件的不同有所变化。同时，在不少情况下，把焊接残余应力控制在某种规定值以下的施工不易，所以必须根据具体情况，制定出合理的消除残余应力的热处理规范，有关这方面的叙述，可查阅专门的论述。对于奥氏体不锈钢，为防止晶间应力腐蚀裂纹的产生，所以热处理还有第二个目的，但对防止产生晶间应力腐蚀裂纹来说，这都是主要的，就是使晶间不析出碳化物，即降低材料的晶间对腐蚀的敏感性。针对这种情况，加工后应实行完全的固溶化处理（约在1 1 0 0℃急冷）。值得注意的是，这种防止晶间裂纹的处理，因急速冷却而造成结构的残余应力，所以必须注意发生穿晶裂纹的可能。据有关资料介绍，使用最理想的耐晶间腐蚀性钢种是在8 0 0一9 0 0℃急冷。
结语
在具体生产过程中 ，只有熟悉应力腐蚀断裂出现的条件和特征 ，第一时间判断并找出引起断裂的原因 ，对症下药 ，就能够处理危害极大的应力腐蚀断裂问题。
参考文献
[1]金属腐蚀手册编写组 .金属腐蚀手册.上海： 科学技术出版社 ， 1987： 84
[2]小若正伦. 金属的腐蚀破坏与防蚀技术 .北京： 化学工业出版社 ， 1988： 145
[关键词]应力腐蚀断裂；判断；防护措施
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0292-01
引言
从十九世纪下半叶发现黄铜的“季裂”至今 ，一个多世纪以来，国内外对应力腐蚀破坏的报道和研究越来越多。几乎所有金属材料都先后出现了应力腐蚀断裂的问题。由于现代工业的发展 ，材料工作的环境日渐恶化， 应力腐蚀的问题日益突出。应力腐蚀、低应力脆断和疲劳断裂并列为当今工程断裂事故的主要原因。
1 产生应力腐蚀断裂的过程
在钢中发生应力腐蚀断裂的过程，在一般情况下可分为三个有特征性的阶段：（1）孕育阶段（或称潜伏期）。（2）腐蚀裂缝的发展阶段（或称传播期）。（3）部件沿着发展得最快的裂缝的最终崩溃性发展。首先，金属表面的保护膜（如果有的话）由于腐蚀过程的集中和拉应力的集中的作用局部破坏，开始形成腐蚀凹坑，然后应力腐蚀裂缝自凹坑引入，形成了一些最初的腐蚀—机械裂缝。在发生应力腐蚀破裂的过程中，当保护膜被破坏后在直接发生应力腐蚀破裂时，最先是产生点腐蚀也有产生缝隙腐蚀和晶间腐蚀的，这些统称为初步腐蚀，接着就产生自底部开始的间接型应力腐蚀裂缝。在实际的应力腐蚀破裂中，间接型的应力腐蚀破裂要多得多。若不发生如上所说的初步腐蚀，也不会发生应力腐蚀破裂。在产生应力腐蚀裂缝后即使应力不松弛，其扩展也需要足够长的时间，裂纹继续不断的扩展以致迅速的破坏（纯粹的机械破坏）。金属部件表面上拉应力的集中可以由下列不同原因发生。①由于第二类不均匀内应力的存在，在金属的表面层中本来已产生了拉应力的集中。②由于金属各别组织单元机械性质的不均一性（取向不同的晶粒、夹杂物和边界），以及由于金属中有着表面上和表面下的缺陷（擦伤、加工纹路、裂缝、絮状缺陷等）。很明显，在加上第一类拉应力以后就立刻出现了局部拉应力。③由于局部性质的电化学腐蚀的发展，在拉伸了的样品上也可以逐渐产生局部应力。局部腐蚀破坏的发展是金属组织的不均匀性或保护膜的局部破坏的结果。总之，拉伸应力和腐蚀过程促使局部应力和腐蚀过程同时集中在金属表面上同一地点，对于应力腐蚀破坏来说是最为明显的特征。
2 应力腐蚀断裂的特征
2.1 应力腐蚀断裂的特征曲线
应力腐蚀断裂是一种延迟断裂 ，通常情况下，断裂时间随介质条件和应力大小从几分钟到几年不等。应力腐蚀裂纹的扩展速度远大于没有应力时的腐蚀速度 ，但比纯机械快速脆性断裂要慢得多。
2.2 断口外观特征
针对应力腐蚀延迟断裂的试件而言，表面最先发生锈斑。应力越高 ，棕红色锈斑出现时间越早 ，数量也越多且长大速度也越快。在锈斑长大的过程中 ，并非所有锈斑都均匀长大 ，个别锈斑长大较快 ，最后试件在此位置断裂。
2.3 断口形貌
应力腐蚀断口大致可以划分为如下几个区域： 腐蚀区、解理区、过渡区和韧窝区。应力高的试样腐蚀区、解理区、过渡区较小 ，中心韧窝较大。应力低的试样则相反 ，过渡区处断裂由解理断裂向非解理断裂转化。从断口宏观形貌来看 ，应力腐蚀断口呈灰黑色。
3 应力腐蚀断裂的参量及其测定方法
3.1光滑试样恒载荷试验
在恒载荷拉伸试验机上， 由砝码经过杠杆体系加载， 在一定的载荷下测定试样的断裂时间，用以比较材料的应力腐蚀敏感性。测定σ-t 曲线，求得材料在指定时间内不发生断裂的门槛应力值σ。光滑试样恒载荷试验常用于研究不同材料的应力腐蚀敏感性或其它因素对应力腐蚀的影响。
3.2预裂纹试样试验
光滑试样恒载荷试验测得的t值中包括裂纹的生核和扩展 ，但在实际工程构件中裂纹源往往早已具备， 应力腐蚀断裂过程中主要是裂纹扩展， 因此预裂纹试样试验可测定应力腐蚀断裂的断裂力学参量和裂纹扩展动力学参量。预裂纹试样试验通常采用悬臂梁试验方法， 试样与测定断裂韧性相同
4 应力腐蚀裂纹的预防
4.1合理地选择材料
可以认为，产生应力腐蚀裂纹的必要条件应该包括下列三个方面：一是应力条件，二是介质（即环境）条件，三是材料在上述应力、介质条件下的应刀腐蚀敏感性。严格说来，任何一个部件它都是在应力和介质条件下工作的，从这个意义上来说，要完全避免应力及介质条件的影响是不可能的，所以在设计部件时，就应该根据其使用条件合理地选择材料。对于产生晶间性应力腐蚀裂纹，或明显产生点蚀，然后从点蚀坑底部发生裂纹，防止裂纹起点的发生是有效的。在这种情况下，当加工后的固溶化热处理困难时，使用低碳型与稳定化型的耐晶间腐蚀性钢种是必要的。对容易引起点蚀的场合，推荐使用耐点蚀的不锈钢，即含M.的钢种。合理地选择材料.
4.2结构上的改良
应力腐蚀裂纹发生的部位，多半是在结构上的应力集中饮或高温区，所以应尽可能部件上要避免有应力集中点，这在焊接施工时尤其要注意。另外，还要注意不要形成结构上的缝隙所谓（“死角”），因为这些缝隙会造成局部地区的溶液浓缩，在平板上填角焊接的垂直构件，虽然采用间断焊接也有足够的强度，但因在未施焊部分留下了两构件间的缝隙，所以，希望采用连续焊接，或仍然进行间断焊接而对长焊接部分作扇形切割。第三点应注意的是，不要形成热负荷集中的热点。
4.3热处理
这里所述的热处理的目的主要是为消除或降低构件本身因加工过程所导致的残余应力。通常认为，对穿晶应力腐蚀裂纹，由热处理消除残余应力是非常有效的。如上所述，随着应力降低，应力腐蚀裂纹愈难发生，当应力低到一定程度以下时，就不会发生裂纹，即存在着所谓“临界应力”。因此，在进行设计和施工时，要求装置各个部分的应力值比它的临界应力值低。但是，临界应力位因材料种类或腐蚀介质条件的不同有所变化。同时，在不少情况下，把焊接残余应力控制在某种规定值以下的施工不易，所以必须根据具体情况，制定出合理的消除残余应力的热处理规范，有关这方面的叙述，可查阅专门的论述。对于奥氏体不锈钢，为防止晶间应力腐蚀裂纹的产生，所以热处理还有第二个目的，但对防止产生晶间应力腐蚀裂纹来说，这都是主要的，就是使晶间不析出碳化物，即降低材料的晶间对腐蚀的敏感性。针对这种情况，加工后应实行完全的固溶化处理（约在1 1 0 0℃急冷）。值得注意的是，这种防止晶间裂纹的处理，因急速冷却而造成结构的残余应力，所以必须注意发生穿晶裂纹的可能。据有关资料介绍，使用最理想的耐晶间腐蚀性钢种是在8 0 0一9 0 0℃急冷。
结语
在具体生产过程中 ，只有熟悉应力腐蚀断裂出现的条件和特征 ，第一时间判断并找出引起断裂的原因 ，对症下药 ，就能够处理危害极大的应力腐蚀断裂问题。
参考文献
[1]金属腐蚀手册编写组 .金属腐蚀手册.上海： 科学技术出版社 ， 1987： 84
[2]小若正伦. 金属的腐蚀破坏与防蚀技术 .北京： 化学工业出版社 ， 1988： 145