金屬材料的應(yīng)力腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂（SCC），該如何進(jìn)行檢驗(yàn)？
應(yīng)力腐蝕作為引發(fā)構(gòu)件失效的主要原因之一，無明顯征兆，卻往往給工程帶來災(zāi)難性損失。因此非常有必要對(duì)可能在相關(guān)環(huán)境下工作的材料進(jìn)行應(yīng)力腐蝕性能試驗(yàn)，并以其試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以作為該材料在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和投入使用前應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)的參考。
SCC：應(yīng)力腐蝕開裂，是在有水和H2S存在的情況下，與局部腐蝕的陽極過程和拉應(yīng)力相關(guān)的一種金屬開裂，是應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用下引起的金屬斷裂現(xiàn)象。機(jī)械設(shè)備/零件在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，將出現(xiàn)低于材料極限強(qiáng)度的脆性開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備和零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)。
一、什么是應(yīng)力
應(yīng)力是物體由于外因(受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間用以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置而產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。
二、什么是應(yīng)力腐蝕
應(yīng)力腐蝕是指材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象，即由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過程。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致材料的斷裂稱為應(yīng)力腐蝕斷裂。
應(yīng)力腐蝕一般認(rèn)為有陽極溶解和氫致開裂兩種。常見應(yīng)力腐蝕的機(jī)理是:零件或構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下，表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞，破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽極和陰極，陽極處的金屬成為離子而被溶解，產(chǎn)生電流流向陰極。由于陽極面積比陰極的小得多，陽極的電流密度很大，進(jìn)一步腐蝕已破壞的表面，再加上拉應(yīng)力的作用，破壞處逐漸形成裂紋，裂紋隨時(shí)間逐漸擴(kuò)展直到斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發(fā)展，而且還能穿過晶粒發(fā)展。
三、應(yīng)力腐蝕性能檢驗(yàn)
應(yīng)力腐蝕作為引發(fā)構(gòu)件失效的主要原因之一，無明顯征兆，卻往往給工程帶來災(zāi)難性損失。因此非常有必要對(duì)可能在相關(guān)環(huán)境下工作的材料進(jìn)行應(yīng)力腐蝕性能試驗(yàn)，并以其試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以作為該材料在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和投入使用前應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)的參考。
目前國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)金屬材料應(yīng)力腐蝕是《BS EN ISO 7539 Corrosion of Metals and Alloys－Stress Corrosion Testing》合訂本，我國GB/T 15970《金屬和合金的腐蝕-應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)》則等同采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中給出了多種應(yīng)力腐蝕評(píng)價(jià)方法，歸納起來主要有3種試樣類型和3種加載形式：試樣類型即光滑試樣、帶缺口試樣和預(yù)制裂紋試樣；加載形式即恒位移、恒載荷和慢應(yīng)變速率。
四、SCC三個(gè)主要特征:
1. 敏感材料。俗話說，蒼蠅不叮無縫的雞蛋，要生發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，首先得是具備敏感性的材料。材料具有敏感性給我們的提示是，在一些可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的工況環(huán)境，選材要慎重。如304等奧氏體不銹鋼在含有氯的環(huán)境服役，應(yīng)力腐蝕開裂是尤其應(yīng)該注意的問題。奧氏體不銹鋼是面心立方金屬，面心立方金屬尤其容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，這是晶體結(jié)構(gòu)決定的。
2.容易引起應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒有導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的介質(zhì)也是不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的，它好比硬幣的A/B面。環(huán)境介質(zhì)也是應(yīng)力腐蝕開裂的重要條件。
3.足夠的拉應(yīng)力。通常認(rèn)為靜態(tài)拉應(yīng)力是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件。有人會(huì)問，那要是交變載荷呢？我認(rèn)為可能要?dú)w功于腐蝕疲勞了。為什么說發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂需要足夠的靜態(tài)拉應(yīng)力呢？因?yàn)樗枰獫M足腐蝕狀態(tài)下的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC。
五、SCC試驗(yàn)(模擬工況)
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：NACE TM0177-2016；試樣類型：按照ISO7539-2標(biāo)準(zhǔn)采用四點(diǎn)彎曲試件；試驗(yàn)溶液：模擬現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)溶液(初始PH=3~4);試驗(yàn)加載應(yīng)力：=80%AYS(實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度);HS分壓：3.4MPa；CO2分壓：2.4MPa；試驗(yàn)溫度：30℃；試驗(yàn)頻次：僅在制造工藝驗(yàn)證時(shí);試驗(yàn)持繼續(xù)時(shí)間：720h；驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：試件的受拉伸面在低倍顯微鏡下放大10倍檢查，試件受拉伸面無可見SSC裂紋;試驗(yàn)報(bào)告：試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)注明試驗(yàn)前后溶液的PH值。
六、應(yīng)用領(lǐng)域：
石油管道、壓力容器、鍋爐、石油鉆桿、閥門、法蘭、管件、石化配件等。
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