一、影響因素
有許多因素影響著應(yīng)力腐蝕破裂的過程，弄清它們的影響規(guī)律，對于應(yīng)力腐蝕失效分析和預(yù)防應(yīng)力腐蝕破裂的實(shí)踐都是十分有意義的，下面簡要介紹對幾種主要影響因素的研究結(jié)論。
1.強(qiáng)度的影響
材料強(qiáng)度是對應(yīng)力腐蝕破裂敏感性最有影響的參數(shù)。強(qiáng)度越高，應(yīng)力腐蝕敏感性越大，K1c和K1scc越低，裂紋擴(kuò)展速度越快。鋼的應(yīng)力腐蝕破裂傾向性隨著α0.2增高而劇烈增加，但對于某些高強(qiáng)鋁合金也有例外的情況。
2.顯微組織的影響
顯微組織對K1scc的影響也很明顯，低合金鋼在低溫回火脆性范圍內(nèi)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性很高，而等溫處理的材料則不然。
對不同組織狀態(tài)的20MnvB鋼在0.1NHCl水溶液中延遲斷裂行為的研究證明，其斷裂抗力按下列順序增加：淬火馬氏體，馬氏體基體的F/M雙相組織、珠光體+鐵素體、鐵素體基體的F/M雙相組織、等溫貝氏體。
低合金鋼的原始奧氏體晶粒度對K1scc影響不大，但晶粒尺寸對Cr-Ni不銹鋼應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性卻有影響，晶粒尺寸越大，破斷時間越短。
晶粒取向?qū)1scc影響極大，尤其當(dāng)晶粒比較粗大時沖壓成型的纖維狀組織比再結(jié)晶的組織有更高的應(yīng)力腐蝕敏感性。沿纖維狀組織橫向加載時的應(yīng)力腐蝕破裂傾向性總此沿縱向加載時高。
3.熱處理的影響
由于熱處理可以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，通常對da/dt和Klscc有強(qiáng)烈的影響。迄今為止，人們?nèi)圆捎酶鞣N強(qiáng)韌化處理工藝來提高鋼的應(yīng)力腐蝕抗力。
一般來說，下述熱處理工藝方法可以提高材料的Klscc，提高回火溫度，超高溫淬火、亞溫淬火、形變及形變熱處理，這些工藝也可有效地降低da/dt，等溫淬火雖然不能提高Klscc，但卻可使da/dt明顯下降。上述工藝對Klscc及da/dt影響因材料不同會有差異，這方面的研究成果較多，可資參考。
4.合金元素的影響
一般來說，凡能影響鋼的屈眼強(qiáng)度的臺金元素及工藝都能顯著影響其應(yīng)力腐蝕敏感性。
在低合金鋼中，Cr，Mo，S，P，Co，Cu，Si對Klscc幾乎沒有影響，C和Mn對Klscc有害。一般在0.4％的碳含量以下，隨著碳含量的增加，其應(yīng)力腐蝕敏感性增加，見圖8-29。對碳舍量高于0.4％的鋼還缺乏系統(tǒng)的研究。
圖8-29 不同碳含量對30CrMnSiNi2A應(yīng)力腐蝕性能的影響
錳含量在30%以內(nèi)，對鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能都有影響，隨錳含量的增加，Klscc將降低。
磷對高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕性能的影響和碳的影響類似，見圖8-30。
圖8-30 磷含量對30CrMnSiNi2A鋼應(yīng)力腐蝕性能的影響
Si能顯著提高Cr-Ni不銹鋼在濃氯化物中特別是在42％沸則MgCl2中的抗應(yīng)力腐蝕能力。多數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，C卻有利于提高Cr-Ni不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能。Mo能提高不銹鋼耐H2SO4及醋酸等有機(jī)酸的應(yīng)力腐蝕破裂能力。但是在高濃度氯化物中含少量Mo對防止應(yīng)力腐蝕破裂卻是不利的。Mn的加入一般是有害的，它將加速Cr-Ni不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂。一般認(rèn)為N、P、S對Cr-Ni不銹鋼應(yīng)力腐蝕破裂有不良影響。Cu在氯化物中對Cr-Ni不銹鋼應(yīng)力腐蝕破裂無影響或影響不大。
增加合金元素Cr、Ni、Mo的含量，可以減緩鋼的裂紋擴(kuò)展速度。低合金鋼中加Si可以使裂紋擴(kuò)展速度明顯減緩。C和P對馬氏體時效鋼可能加速裂紋擴(kuò)展。
5.環(huán)境介質(zhì)的影響
對低合金鋼而言，隨著環(huán)境由無氫到水溶液介質(zhì)到H2s的變化，其應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性不斷增強(qiáng)，da/dt不斷增加。
介質(zhì)溫度是個很重要的影響因索，一般來說，隨著溫度的升高，材料的應(yīng)力腐蝕性加強(qiáng)，Cr-Ni不銹鋼在熱水和高溫水中應(yīng)力腐蝕敏感性增加，但許多研究正明對不同的材料都存在一個最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象的溫度范圍，如Cr-Ni不銹鋼約為180～280℃，奧氏體不銹鋼氫脆多發(fā)生在50～300℃范圍內(nèi)，低碳鋼在溶液溫度接近于沸點(diǎn)時，最容易產(chǎn)生堿脆破裂，微堿性高溫高壓水引起的堿脆破裂，通常發(fā)生在150～300℃溫度范圍內(nèi)。
介質(zhì)濃度對應(yīng)力腐蝕的影響是顯著的。一般來說，堿的濃度越高，低碳鋼的堿脆越易發(fā)生．只有當(dāng)堿濃度大于5％～15％時，才能發(fā)生堿脆破裂，當(dāng)堿濃度達(dá)到50％時，堿脆的敏感性將大大增加。鈦合金在鹽酸中Klscc隨HCl濃度增加而不斷下降。
電極電位、化學(xué)介質(zhì)種類、溶液的pH值等也都是對材料的應(yīng)力腐蝕敏感性有重要影響的因素。一般來說，不同的金屬在不同的環(huán)境條件下，都存在一個較易發(fā)生應(yīng)力腐蝕的電位范圍。例如，低碳鋼在25℃35％NaOH溶液中的破裂電位范嗣約為-1.1～0.9V，而低碳鋼的硝鹽破裂電位大約在-300～+1300mv之間，通常情況下，電極電位約在-0.6v～-0.9v時，多數(shù)高強(qiáng)鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性較小，而且不管是陽極極化還是陰極極化，都將加速高強(qiáng)鋼環(huán)境氫腑型的破裂過程，因此，陰極保護(hù)對高強(qiáng)鋼不適用。對奧氏體不銹鋼存在一個臨界破裂電位，如其在沸騰的42％MgCl2溶液中臨界破裂電位約為-0.13V(SHE)。電位對于鈦合金在含有Cl-，Br-，I-水溶液中的應(yīng)力腐蝕破裂起重要的作用。在含Cl-和含Br-的水溶液中，Ti-2Al-1Mo-lv的敏感電位約為-500mv到600mv，而在含I-的水溶液中Omv以上是最敏感的電位。
一般認(rèn)為，隨著溶液pH值增加，鋼的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性降低。當(dāng)溶液的pH值<4～5(酸性)時，PH值越小，越容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。在pH值較大，堿性較強(qiáng)的情況下，可以減緩，甚至防止應(yīng)力腐蝕破裂，而當(dāng)pH值在3～10的中間范圍時，對應(yīng)力腐蝕的敏感性不大。對于Cr-Ni不銹鋼，pH較低時，僅產(chǎn)生一般腐蝕，而當(dāng)pH值為6～7時，18-8Cr-Ni不銹鋼才對應(yīng)力腐蝕最敏感。
6.表面狀態(tài)的影響
鋼的表面處理方法不同，表面狀態(tài)不一樣，其應(yīng)力腐蝕敏感性亦不相同。
一般認(rèn)為不銹鋼在沸MgCl2中普通機(jī)械拋光較真空退火和電解拋光應(yīng)力腐蝕破裂敏感性大。不同的機(jī)械拋光方法，表面粗糙度不同，其應(yīng)力腐蝕破裂傾向性也有很大差別。表面粗糙將增大應(yīng)力腐蝕的傾向性。表面強(qiáng)度和硬度越高，鋼的延遲破裂傾向性越大，采用產(chǎn)生壓應(yīng)力的熱處理或噴丸、噴砂、錘打、輾壓等辦法可以減少應(yīng)力腐蝕破裂的傾向性，化學(xué)熱處理(如滲N)或鍍層也可以引人壓應(yīng)力，產(chǎn)生同樣效果。
7.缺口應(yīng)力集中程度的影響
對于螺栓等結(jié)構(gòu)零件，缺口的應(yīng)力集中程度明顯地影響其抗應(yīng)力腐蝕的能力。隨著缺口曲率半徑的增大，Klscc急劇增高。
表8-4所示為σb=1568MPa的30CrMnsiNi2A鋼恒位移試樣(B=20mm，a/w=0.3)不同曲率半徑條件下的Klscc值。表8-5為不同缺口曲率半徑的WOL恒位移試樣在水中測定的Klscc值，式(8-1)為超高強(qiáng)度鋼30CrMnsiNi2A缺口試樣在水介質(zhì)中測定的Klscc實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
以上結(jié)果都表明了缺口應(yīng)力集中程度對應(yīng)力腐蝕抗力的高度靈敏性。
二、防止應(yīng)力腐蝕破裂的措施
防止或減緩應(yīng)力腐蝕破裂現(xiàn)象不僅是必要的，也是可能的，只要搞清應(yīng)力腐蝕發(fā)生的基本條件及各種影響因素對K1scc及da/dt的影響規(guī)律，就可以設(shè)法減緩甚至防止應(yīng)力腐蝕破裂現(xiàn)象。但是由于應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象的復(fù)雜性，到目前為止，也還有大量的問題沒有解決，因此，人們目前只能就已知的規(guī)律，采取有限的措施，更完善的辦法有待進(jìn)一步的深入探索。下述幾項(xiàng)措施是較有普遍指導(dǎo)意義的手段。
1.控制和降低應(yīng)力
拉應(yīng)力足應(yīng)力腐蝕發(fā)生的條件之一，設(shè)法有效地控制和降低拉應(yīng)力，是有效的保護(hù)措施；
一方面在零構(gòu)件的設(shè)汁時不僅要使工作應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，而且要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料應(yīng)力腐蝕臨界斷裂應(yīng)力，考慮到材料的微觀裂紋．缺陷的存在，應(yīng)利用斷裂力學(xué)方法，根據(jù)在腐蝕環(huán)境中測定的K1scc和da/dt等參數(shù)，確定在使用條件下裂紋尖端的載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子以及構(gòu)件允許的臨界裂紋尺寸，要力戒應(yīng)力集中，對必須的缺口要選用較大曲率半徑，避免尖角、棱角和結(jié)構(gòu)的厚薄懸殊，采用封閉對稱結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量避免縫隙和可能造成腐蝕液殘留的死角，防止有害離子的濃縮。另一方面要從材料加工、制造工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計方而盡量降低加工應(yīng)力、熱處理應(yīng)力、裝配應(yīng)力和其它殘余應(yīng)力。采用退火等手段消除殘余應(yīng)力，采用滾壓、噴丸、超聲波、振動等方法也能減少殘余應(yīng)力或使材料表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，也是提高材料應(yīng)力腐蝕抗力行之有效的方法。
2.改善腐蝕性環(huán)境、采取必要的保護(hù)措施
(l) 改變介質(zhì)條件，在可能的情況下，應(yīng)避免活性腐蝕介質(zhì)或減少和控制有害介質(zhì)的數(shù)量。設(shè)法消除或減少產(chǎn)生腐蝕破裂的有害化學(xué)離子；
(2) 改變生產(chǎn)過程中溶液的溫度、濃度、雜質(zhì)含量和pH值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)控上述參數(shù)，使之處于最不利于應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的水半上。當(dāng)然，不一定幾個參數(shù)同時達(dá)理想值，需根據(jù)實(shí)際需要與可能，抓主要矛盾；
(3) 正確地利用緩蝕劑，改變腐蝕環(huán)境的性質(zhì)。針對實(shí)際情況，恰當(dāng)?shù)剡x用緩蝕劑可以明顯減緩應(yīng)力腐蝕過程。任一種緩蝕劑都叮能改變介質(zhì)的pH值；促進(jìn)陰極或者陽極極化，阻止氧的侵人或有害物質(zhì)的吸附等。緩蝕劑的選擇可參閱確關(guān)資料；
(4) 采取外加電位的方法，使金屬在介質(zhì)巾的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕破裂敏感電位區(qū)，如較常用的陰極保護(hù)和陽極保護(hù)法等，具體方法的選擇應(yīng)依實(shí)際材料和介質(zhì)情況而定。
3.合理選材和采取適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砑盁崽幚砉に?/div>
(1) 由于應(yīng)力腐蝕過程取決于敏感金屬和特定腐蝕環(huán)境的特殊組合，合理地選材就成為防止或減緩應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象最基礎(chǔ)的工作。應(yīng)盡量選擇在所用介質(zhì)中尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂現(xiàn)象或不太敏感的材料，K1scc較高的材料。通常應(yīng)選用真空熔煉、真空重熔、真空澆注等工藝隹產(chǎn)的臺金材料，以保證較高的純凈度，防止過多的非金屬夾雜物。還應(yīng)注意到，許多合金在常溫或較高溫度下沉淀硬化可大大提高應(yīng)力腐蝕敏感性，而過時效、分級時效或形變時效卻可顯著提高高強(qiáng)鋁臺金的抗應(yīng)力腐蝕性能；
(2) 通過采用各種強(qiáng)韌化處理新工藝(如超高溫淬火、亞溫淬火等)，改變合金相的相組成、相形態(tài)及分布。即面過改變合金的成分和組織結(jié)構(gòu)，消除雜質(zhì)元素的偏析，細(xì)化晶粒，提島成分和組織的均勻性，提高材料韌性，進(jìn)而改善合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，
(3) 采用有機(jī)涂層，無機(jī)涂層或覆以金屬涂層，或用隋性氣體覆蓋金屬表層以及采用擦油，加阻化劑等方法阻止金屬與可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的腐蝕劑直接接觸。高強(qiáng)度鋼用環(huán)氧漆聚氨酯涂層、聚烴氧類保護(hù)十分有效。鋁涂層對上業(yè)大氣中高強(qiáng)鋼及酪鋅底漆對Al臺金保護(hù)也很有效。鍍鎘，鍍鋅也可以防止各種材料的應(yīng)力腐蝕破裂，但采用鍍鎘、鍍鋅或無機(jī)鋅涂層可能會引起電鍍件的氫脆，電鍍后應(yīng)熱處理去氫。
