一、應力腐蝕的概念

應力腐蝕是指金屬或合金在腐蝕介質和拉應力的協同作用下引起金屬或合金的破裂現象。

應力腐蝕的特征是形成腐蝕-一機械裂紋，這種裂紋不僅可以沿著晶間發展，而且也，可以穿過晶粒。由于裂紋向金屬內部發展，使金屬或合金結構的強度大大降低，嚴重時能使金屬設備突然損壞。如果該設備是在高壓條件下工作，將引起嚴重的爆炸事故。微裂紋一旦形成，其擴展速度很快，且在破壞前沒有明顯的預兆，所以，應力腐蝕是所有腐蝕類型中破壞性和危害性最大的一種。

工程上常用的材料，如不銹鋼、銅合金、碳鋼和低合金高強度鋼等，在特定介質中都可能產生應力腐蝕，依據腐蝕條件，可使材料結構在幾分鐘或幾年內破壞。常見的應力腐蝕的例子有：蒸氣鍋爐鋼的“堿脆”，黃銅的“季裂”，高強度鋁合金的晶間腐蝕破裂，不銹鋼的應力腐蝕開裂等。

應力腐蝕有如下幾個特征：

①必須有應力，特別是拉應力分量的存在。拉伸應力愈大，則斷裂所需的時間越短。

斷裂所需應力一般都低于材料的屈服強度。

②腐蝕介質是特定的，金屬材料也是特定的，即只有某些金屬與特定介質的組合，才會發生應力腐蝕破裂。表5-2列出了一些發生腐蝕的金屬和介質的組合。

二、應力腐蝕機理

關于應力腐蝕如何產生，由于因素較為復雜，目前還無統一的見解。應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期，因腐蝕過程的局部化和拉應力的結果，使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發展期，裂紋擴展;在第三階段中，由于拉應力的局部集中，裂紋急劇生長導致材料的破壞。

金屬和合金表面的缺陷部位或薄弱點由于電位比其它部位低，成為活性點，為應力腐蝕提供了裂紋核心。如果材料表面已經有劃痕、小孔或縫隙存在，它們就是現成的裂紋核心

三、影響應力腐蝕的因素

金屬應力腐蝕的影響因素主要有，與金屬的組成、組織有關的內因和介質種類、濃度、溫度等有關的外因。

(一)金屬及冶金質量

純度極高的金屬，雖然也發現存在應力腐蝕現象，但其敏感性遠低于二元及多元合金。應力腐蝕的敏感性也與合金的成分有關，例如，碳鋼的應力腐蝕敏感性通常隨著碳含量的增加而提高，碳含量為0.12%時達到最大值，進一步增加碳含量，敏感性反而下降。不銹鋼中加人適量的Ni、Al、Si有利于提高鋼的抗應力腐蝕能力。對同一成分的合金，因其微觀組織不同，其應力腐蝕敏感性差別很大。例如，經固溶處理的硬鋁合金，可以完全消除晶間腐蝕傾向，但卻有十分嚴重的應力腐蝕傾向，其主要原因是合金中存在著很大的內應力。當該合金經過人工時效處理后，MgZn呈斷續的聚集狀質點分布，合金便具有良好的抗腐蝕性能。

(二)應力

金屬的應力腐蝕是脆性斷裂過程，裂紋在拉應力和介質的綜合作用下擴散。應力對一些工業不銹鋼應力腐蝕性能的影響。該結果表明，在外加拉應力較小時，曲線與時間軸近于平行，說明應力對破裂時間影響不大。隨著外加應力的增加，構件的破裂時間縮短。

(三)介質

1，陰離子濃度的影響

隨著氯化物濃度的增加，不銹鋼的應力腐蝕破壞所需時間縮短。一般認為，MgCl最易引起應力腐蝕，不同氯化物的腐蝕作用，是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na+、Li+等離子的順序遞減的。對鎂合金而言，隨著CI-濃度的增加，應力腐蝕壽命縮短，而在含有一定量Cr042-的氣化鈉溶液中，合金的SCC壽命縮短。

2，介質溫度的影響

一般認為溫度升高，易發生應力腐蝕，但溫度過高由于全面腐蝕而抑制了應力腐蝕。不同金屬在一定介質中，引起應力腐蝕所需的溫度并不相同。鎂合金通常在室溫下便產生應力腐蝕;軟鋼一般要在介質的沸騰溫度下才破裂。

四、應力腐蝕的防護

合理選材，控制應力，控制介質及控制電位等方法均可用來避免或減弱應力腐蝕，但實際情況千差萬別，這些方法根據實際情況，既可單獨使用也可綜合使用。

(一)選用耐蝕材料

碳鋼對應力腐蝕的敏感性很低，算得上一種耐應力腐蝕的材料。例如對海水、鹽水等具有明顯應力腐蝕傾向的體系中，其換熱器常用碳鋼制造。近年發展了多種耐應力腐蝕的不銹鋼，主要有高純奧氏體鎳銘鋼、高硅奧氏體鎳銘鋼、高銘鐵素體鋼和鐵素體一奧氏體雙相鋼等，其中以雙相鋼的抗應力腐蝕性能最好。如用Cr18Nil0雙相鋼的彎曲試樣在沸騰的42%MgCl2溶液中做試驗，試件經2000h才破裂。雙相鋼在高溫高壓水體系中的抗應力腐蝕性能尤其優越，同時雙相鋼亦具有抗孔蝕、縫隙腐蝕的性能。

(二)控制應力

在設計金屬設備結構時要力求合理，盡量減少應力集中。對構件進行合理的熱加工和熱處理，盡量減少殘余拉應力的出現。也可用噴丸處理使金屬表面拉應力變為壓應力

(三)減弱介質的腐蝕性

鎳銘不銹鋼在含溶解氧的氯化物中使用，應把氧含量降低到1ppm以下，去除氧的方法除用機械法外還可用化學法。例如在循環體系中加入適當的冊(N2H2)或亞硝酸鹽作為除氧劑。實踐表明，在含氣離子0.5x10-4的水中，只需加人1.5x10-4的硝酸鹽和0.5x10-6的亞硝酸鈉混合物，就可以得到良好的脫氧效果。銘錦鋼的應力腐蝕主要與氯離子對鈍化膜的破壞有關。在含氯離子濃度不大的體系中，可用離子交換樹脂將水處理，同時加人少量的堿式磷酸鹽亦有助于防止應力腐蝕。

(四)外加電流保護

采用外加電流的陰極保護法，可以有效防止應力腐蝕，而且在裂紋形成后還可使其停止擴展。