度），经过一段时间后，即使是延展性很好的金属也
会发生脆性断裂 断裂事先没有明显的征兆，往往造成灾难性的后果
5
应力腐蚀开裂形貌
6
案例：
• 1982年9月17日，一架日航DC-8客机在虹桥机场着陆时 突然冲出跑道——刹车系统高压气瓶晶间SCC爆炸
• 1967年12月15日，美国银桥突然坍塌，车辆行人坠入 河中，死46人——钢梁因应力腐蚀和腐蚀疲劳联合作 用产生裂缝而断裂 • 1965年3月，美国路易斯安那州输气管线；1977年4月， 沙特阿卜凯克油田油管线，大火，死多人——管道外 侧产生SCC • 1968年威远至成都的输气管线泄漏爆炸，死亡20余人。 四川某气田因一阀门SCC漏气，火灾持续22天，损失 近6亿元
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（2）裂纹形态

宏观上应力腐蚀破裂属于脆性断裂，即使高塑性金属
亦如此，微观断裂面仍有塑性流变痕迹。

SCC裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种 裂纹的途径取决于材料与介质，同一材料因介质变化 ，裂纹途径也可能改变
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(2) 特定介质 每种合金的SCC只对某些特定的介质敏感，并不是 任何介质都能引起SCC 材料与环境的交互作用反映 在电位上就是SCC一般发生在 活化－钝化或钝化－过钝化 的过渡区电位范围，即钝化 膜不完整的电位区间 E
i
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一些金属和合金产生SCC的特定介质
材 料 介 质
低碳钢
高强钢 奥氏体不锈 钢 铝合金 铜和铜合金
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(1) 敏感材料 几乎所有的金属或合金在特定的介质中都有一定 的SCC敏感性，合金和含有杂质的金属比纯金属更
容易产生SCC
纯度99.99%的Cu在含氨介质中不会发生腐蚀断裂， 但含有0.04%的P和0.01%的Sb时则发生开裂 纯度99.99%的Fe在硝酸盐中很难开裂，但含0.04%C 时则容易产生硝脆
应力作用下的腐蚀
中国石油大学材料科学与工程系
孙建波 2011年5月
回顾：局部腐蚀的大阴极小阳极现象
Ig IAc iBa



电偶腐蚀的引申 局部腐蚀大阴极小阳极现 象普遍性。 力场作用下的应力集中对 腐蚀的促进。
iBc
Ac
Ba
Bc
2
回顾：局部腐蚀的闭塞电池效应

所谓“闭塞电池”乃是由于在腐蚀体系内金属钝化膜 破裂后形成的蚀坑、隙缝及裂纹等的几何形状或腐蚀 产物在其坑口的覆盖而使腐蚀介质的扩散受到抑制所 形成的腐蚀电池。 诱发活性阴离子吸附 酸化过程加速阳极自催化快 速溶解 促进应力存在下的耦合腐蚀 诱发阴极析氢形成氢损伤
7
8

应力腐蚀开裂很普遍，化工行业约占四分之一。
SCC占总腐蚀百分比
(美)
(日) (日) (日) (美)
杜
三
邦
菱
3 年
10年 10年 10年 10年
23 %
45.6% 35.3% 42.2% 18.7%
不锈钢 石油化工 原子能
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6.1.2 产生SCC的基本条件
SCC需要同时具备三个条件
敏感的金属材料 特定的腐蚀介质 足够大的拉伸应力 特定的材料：不存在应力时，单纯的腐蚀作用？No 不存在腐蚀时，单纯的应力作用？No


3
应力作用下的腐蚀
内忧外患：腐蚀介质+应力 应力来源：
外部施加： 工作应力（工况载荷）������ 残余应力（制造加工过程内部应力） 热应力（温差引起的应力） 腐蚀产物体积效应产生的应力 结构应力（安装及装配过程引起的应力） 相对运动、高速流体的流动等施加在金属表面上 来自金属内部：如氢原子侵入金属内部产生应力
NaOH溶液、硝酸盐溶液、含H2S和HCl溶液、CO－CO2－H2O、碳酸盐、磷酸 盐
各种水介质、含痕量水的有机溶剂、HCN溶液 氯化物水溶液、高温高压含氧高纯水、连多硫酸、碱溶液 熔融NaCl、湿空气、海水、含卤素离子的水溶液、有机溶剂 含NH4+的溶液、氨蒸汽、汞盐溶液、SO2大气、水蒸汽 发烟硝酸、甲醇（蒸汽）、NaCl溶液（>290℃）、HCl（10％，35℃）、H2SO4 （6-7％）、湿Cl2（288℃，346℃，427℃）、N2O4（含O2，不含NO，24-74℃） 湿空气、高纯水、氟化物、KCl＋K2CrO4溶液 熔融氢氧化物、热浓氢氧化物溶液、HF蒸汽和溶液 含氯离子水溶液、有机溶剂
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6.1.3 SCC的特征

典型的滞后破坏 裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型 裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约106倍 SCC开裂是一种低应力的脆性断裂
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(1)SCC是典型的滞后破坏 材料在应力和腐蚀介质共同作用下，需要经过一
定时间使裂纹形核、裂纹亚临界扩展，并最终达
到临界尺寸，发生失稳断裂
分类：
应力腐蚀开裂 氢致开裂 腐蚀疲劳 与磨损有关：冲刷腐蚀、空泡腐蚀、腐蚀磨损、微动腐蚀
4
材料的断裂是由环境因素引起的，也统称环境断裂
6.1 应力腐蚀开裂
6.1.1 应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking—SCC）
应力腐蚀开裂—— 受一定拉伸应力作用的金属材料在某 些特定的介质中，由于腐蚀介质和应 力的协同作用而发生的脆性断裂现象 通常在某种特定的腐蚀介质中，材料在不受应力时腐 蚀甚微 而受到一定的拉伸应力时（可远低于材料的屈服强
钛和钛合金
镁和镁合金 镍和镍合金 锆合金
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(3) 拉伸应力


工作状态下材料承受外加载荷造成的工作应力
在生产、制造、加工和安装过程中在材料内部形成的 热应力、形变应力等残余应力 由裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用或是阴 极反应形成的氢产生的应力

• SCC体系存在临界应力腐蚀门槛 值KISCC ， 一般应力愈大, 开裂时 间愈短；应力愈小，开裂时间愈长， 应力小到一定值时，不发生SCC； 断裂时间是评价材料SCC敏感性的 重要指标。

孕育期——裂纹萌生阶段，Байду номын сангаас裂纹源成核所需时间，约占整个
时间的90％左右

裂纹扩展期——裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间 快速断裂期——裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳
瞬间断裂

整个断裂时间，与材料、介质、应力有关，短则几分钟，长可 达若干年。对于一定的材料和介质，应力降低，断裂时间延长 对大多数的腐蚀体系来说，存在一个临界应力σth（临界应力强 度因子KISCC），在此临界值以下，不发生SCC