金屬材料應(yīng)力腐蝕主要是金屬材料在特有的合金材料環(huán)境下，由于受到應(yīng)力（一般或主要是拉伸應(yīng)力，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)壓縮應(yīng)力狀況也存在） 或者特定的腐蝕性介質(zhì)影響，產(chǎn)生的一種滯后開裂或滯后斷裂的腐蝕性破壞現(xiàn)象。一般是由于金屬或者合金材料失去原有的電子作用后，使金屬以及合金材料整體強(qiáng)度降低，受到應(yīng)力作用，可在遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度的情況下，產(chǎn)生無形變預(yù)兆的現(xiàn)象，其腐蝕發(fā)生的溫度一般在40℃～300℃左右。也被稱之為低應(yīng)力脆斷或者應(yīng)力腐蝕。這種現(xiàn)象在石油化工設(shè)備腐蝕破壞中占有較高的比例?；ぴO(shè)備多是金屬及其合金的金屬制品。高溫或高壓工況、多介質(zhì)也是化工設(shè)備的一種常態(tài)。另外，化工設(shè)備也易在制造、施工、安裝及使用過程中存在應(yīng)力狀況。應(yīng)力腐蝕是應(yīng)力和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的。簡(jiǎn)而言之，應(yīng)力腐蝕是指某設(shè)備或某物品在某種腐蝕環(huán)境下不單單遭到了周圍環(huán)境的腐蝕，還要因?yàn)樽陨泶嬖趹?yīng)力使得腐蝕速度加快的一種現(xiàn)象。

1 應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)

01應(yīng)力腐蝕造成的破壞是脆性斷裂，沒有明顯的塑性變形。即應(yīng)力腐蝕有時(shí)稱之為低應(yīng)力脆斷。即使是塑韌性非常好的材料，其應(yīng)力腐蝕斷裂的宏觀形貌也是完全脆性的。

02只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)環(huán)境下組合時(shí)才會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。后續(xù)本文將按材料類別作詳細(xì)介紹。

03造成應(yīng)力腐蝕破壞的是靜應(yīng)力，其應(yīng)力值可遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，而且一般是拉應(yīng)力（近年來，也發(fā)現(xiàn)在不銹鋼材料中壓應(yīng)力也會(huì)引起）。此處的應(yīng)力可以是外應(yīng)力或外加應(yīng)力，也可以是制造過程的焊接、冷加工或熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。對(duì)于由于冷加工過程造成的殘余應(yīng)力，若經(jīng)過應(yīng)力處理，這種事故就可以避免。

04應(yīng)力腐蝕破壞處的斷口，斷口較為粗糙，其顏色灰暗或黑色，但深裂紋的裂夾區(qū)顏色可能很淺，不易為肉眼辨認(rèn)，表面常伴有腐蝕產(chǎn)物析出，而若是疲勞斷口的表面，其新鮮斷口常常有光澤，且較光滑。

05應(yīng)力腐蝕的裂紋擴(kuò)展速度一般在1 ×（10－9～10－6 ）m/s，跟疲勞斷裂有點(diǎn)像，是緩慢漸進(jìn)的，其遠(yuǎn)大于沒有應(yīng)力時(shí)的腐蝕速度，又遠(yuǎn)小于單純力學(xué)因素引起的斷裂速度。這種由亞臨界擴(kuò)展?fàn)顩r一直達(dá)到某一臨界值，使剩余下的斷面不能承受外載時(shí)，就突然發(fā)生斷裂。而且裂紋部位存在孕育區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)三部分。

06應(yīng)力腐蝕的裂紋多從表面腐蝕坑底部或點(diǎn)腐蝕小孔開始，而裂紋的傳播途徑垂直于拉應(yīng)力方向。

07應(yīng)力腐蝕的主裂紋擴(kuò)展時(shí)常有分枝。但也不要絕對(duì)認(rèn)為應(yīng)力腐蝕裂紋總是分枝的。

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2可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的常見環(huán)境

對(duì)于奧低體不銹鋼來說，常見可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)有：氯化物水溶液、連多硫酸、堿溶液、高溫高壓含氧高純水、熔融氯化物、中性氯化物溶液、海水 。

對(duì)于鎳及鎳合金來說，常見可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)有：熔融氫氧化物、熱濃氫氧化物溶液、HF蒸汽和溶液。

對(duì)于碳鋼和低合金鋼來說，常見可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)有：NaOH 溶液、含硫化氫（H2S）和鹽酸（HCl）溶液、液氨、沸騰硝酸鹽溶液、碳酸鹽、磷酸鹽、海水、海洋性和工業(yè)性氣氛。

對(duì)于高強(qiáng)鋼來說，常見可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)有：各種水介質(zhì)、含痕量水的有機(jī)溶劑、氰化氫（HCN）溶液。

對(duì)于鈦和鈦合金來說，常見可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)有：發(fā)煙硝酸、甲醇（蒸汽）、NaCl 溶液（＞290℃）、硫酸（H2SO4）溶液、（6%～7%） 鹽酸、鹽酸（HCl） 溶液（10%，35℃）、濕氯氣（（288℃，346℃，427℃）、300℃以上的氯化物、N2O4、三氯乙烯、CCl 4、氟利昂。

3 應(yīng)力腐蝕的機(jī)理及要素

應(yīng)力腐蝕機(jī)理發(fā)生可以簡(jiǎn)單地歸結(jié)為四個(gè)過程：滑移、膜破、陽極溶解、再鈍化。“鈍化膜理論”表明在應(yīng)力或活性離子的作用下腐蝕破壞時(shí)，首先表現(xiàn)為鈍化膜的破壞。破壞部分成為陽極；裂紋尖端應(yīng)力集中降低陽極電位，加速陽極溶解。在應(yīng)力作用下表面鈍化膜破壞是由于臨近裂紋尖端處容易產(chǎn)生局部塑性變形而形成滑移臺(tái)階所致?！瓣枠O溶解理論”認(rèn)為陽極金屬的不斷溶解導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕SCC裂紋的形核和擴(kuò)展，造成合金結(jié)構(gòu)的斷裂。在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，金屬表面的缺陷處形成微蝕孔或裂紋源。微蝕孔和裂紋源的通道非常窄小，孔隙內(nèi)外溶液不容易對(duì)流和擴(kuò)散，形成所謂“閉塞區(qū)”。在閉塞區(qū)，氧迅速耗盡，得不到補(bǔ)充，最后只能進(jìn)行陽極反應(yīng)。閉塞區(qū)縫內(nèi)金屬離子水解產(chǎn)生H+離子，使pH值下降，為了維持電中性，縫外的 Cl－陰離子可移至縫內(nèi)，形成腐蝕性極強(qiáng)的鹽酸，使縫內(nèi)腐蝕以自催化方式加速進(jìn)行 。影響應(yīng)力腐蝕開裂的因素可以大致分為應(yīng)力因素、環(huán)境因素和冶金因素（材料因素），三者缺一不可。

編輯

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4應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施

預(yù)防應(yīng)力腐蝕的措施有：合理選擇金屬材料；優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用合理的熱處理，減少或消除設(shè)備材料中的殘余應(yīng)力；加入緩蝕劑，改變?cè)O(shè)備所處的環(huán)境；采用電化學(xué)保護(hù)，使金屬遠(yuǎn)離電化學(xué)腐蝕區(qū)域等。

01合理選擇金屬材料

根據(jù)設(shè)備材料所承受的應(yīng)力和接觸的化學(xué)介質(zhì)，選用耐應(yīng)力腐蝕的金屬材料。如在高濃度氯化物介質(zhì)環(huán)境中，采用不含鎳、銅或僅含微量鎳、銅的低碳高鉻鐵素體不銹鋼，或含硅較高的鉻鎳不銹鋼，也可選用鎳基和鐵鎳基耐蝕合金。又如在氨環(huán)境中，銅對(duì)氨的應(yīng)力腐蝕敏感性高，選用材料時(shí)盡量避免使用銅合金。合理選材，避免容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的材料與環(huán)境組合。

02優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用合理的熱處理，減少或消除設(shè)備材料中的殘余應(yīng)力在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，也可采用降低設(shè)備材料設(shè)計(jì)應(yīng)力水平；在設(shè)備制造時(shí)，采取措施消除或降低加工和焊接的殘余應(yīng)力、也可采用表面處理的方法（噴丸、表面熱處理等方法）使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力減緩。也可以利用水壓試驗(yàn)、溫差拉伸和振動(dòng)來進(jìn)行應(yīng)力排除或消除。

03加入緩蝕劑，改變?cè)O(shè)備所處的環(huán)境

通過減少或消除應(yīng)力腐蝕開裂的有害離子是一種較為有效的方法。如通過水凈化處理，降低冷卻水與蒸汽中的氯離子含量，對(duì)降低奧氏體不銹鋼的氯脆十分有效。另外也可以在設(shè)備介質(zhì)中添加緩蝕劑。如在液氨中添加大于或等于0.2%的水作緩蝕劑，也可作為防止應(yīng)力腐蝕裂紋的輔助措施。

04采用電化學(xué)保護(hù)

因?yàn)榻饘僭诨瘜W(xué)介質(zhì)中只有在一定的電極電位范圍內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，因此采用外加電位的方法，使金屬在化學(xué)介質(zhì)中的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是一種防止措施。一般采用陰極保護(hù)法。但此方法不適用于高強(qiáng)度鋼和其它氫脆敏感材料。

05其它

另外，也可以要求設(shè)備制造完成后，設(shè)備內(nèi)表面要求光潔、清除焊渣或焊瘤，以免點(diǎn)蝕創(chuàng)造應(yīng)力腐蝕條件。文明施工，在設(shè)備組裝過種中，操作人員應(yīng)依照規(guī)定的工藝流程進(jìn)行操作，不留人為的應(yīng)力殘留，不暴力裝卸或組裝。嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行焊接操作。對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)檢查，定時(shí)對(duì)設(shè)備外觀進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題后要第一時(shí)間進(jìn)行上報(bào)。設(shè)備檢修工作中要文明施工，采用正確的方式將拆解的設(shè)備嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行組裝，并認(rèn)真檢查組裝工作質(zhì)量。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮應(yīng)力腐蝕問題，后期環(huán)節(jié)接觸設(shè)備人員要足夠的意識(shí)和責(zé)任心去面對(duì)，對(duì)涉及應(yīng)力腐蝕的化工設(shè)備要有針對(duì)性。

應(yīng)力腐蝕的發(fā)生需要一定的時(shí)間，注意各環(huán)節(jié)對(duì)化工設(shè)備的重視。對(duì)于可能出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的設(shè)備，需要從設(shè)計(jì)、制造、施工和安裝、使用等過程入手，減少殘余應(yīng)力和附加應(yīng)力的存在，這樣也能減少或避免應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生。