应力腐蚀抑制措施

      对于金属的应力腐蚀断裂，可分为“金属”、“应力”、“腐蚀”三个方面，在已知的经验规律和断裂机理的基础上，理解和选择抑制措施。
      1、金属
      以氢脆为断裂机理的应力腐蚀体系中，材料的屈服强度愈高，局部氢的富集程度愈大，则抗应力腐蚀断裂能力愈低。图1示出40CrNiMo钢的K_ⅠC以及在海水中的K_ⅠSCC随着屈服强度的提高而降低。图中虚线表明不同的a_c值的K_ⅠSCC和σ_s的关系，因此σs愈高，能容许的ac值愈小，构件反而愈不安全。经验规律表明，含H₂S的油气田所用的钢管，为了抑制应力腐蚀断裂，硬度应控制在HRC22以下。

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图1 40CrNiMo钢的K_ⅠC及K_ⅠSCC与σ_s之间的关系

      在沸腾的42%氯化镁水溶液中，常用的18-8奥氏体不锈钢的应力腐蚀敏感性最大，增镍降铬，都可以降低这种敏感性。实验室采用这种溶液作为介质，只是一种加速实验。在现场，只在不良设计中，才会出现这种Cl-的高度富集现象。例如：蒸汽的反复蒸发和凝聚，便会在空隙处出现这种富集。改变设计，可以避免这种情况发生。又如，奥氏体不锈钢管的外部绝热层，在化工厂气氛中，易于吸收Cl-并逐渐富集，曾预先用硅胶油涂在管的外壁上，然后再包绝缘层，成功地解决了这一问题。
      低合金结构钢在热浓的NaOH水溶液中，可以发生应力腐蚀断裂，60年代发生的几次汽轮机叶轮的断裂事故，都是由于碱在键槽处富集引起的。除改善材质提高K_ⅠSCC外，也可不用键槽，改用整体叶轮。
      2、应力
      降低拉伸应力可降低应力腐蚀断裂敏感性。例如，冷加工后的黄铜件，若退火消除残余应力，可避免在含H₂O及NH₃气氛或NH₄⁺水溶液中开裂。又如，Cr23Ni28Mo3Cu3Ti不锈钢由于焊后的残余拉应力产生了应力腐蚀断裂，采用950℃加热30min后空冷的消除应力热处理，可以避免这种破坏。
      缺口半径影响应力集中系数，从而影响应力腐蚀断裂性能。图2曾示出30CrMnSiNi2钢的K_ⅠSCC（ρ），随着√ρ的下降而降低；当缺口半径ρ≤0.027mm，K_ⅠSCC（ρ）便降到K_ⅠSCC。因此，增加构件（例如螺栓）的ρ，可以优先地提高抗应力腐蚀断裂能力。

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图2 缺口半径对30CrMnSiNi2钢在室温水溶液中K_ⅠSCC的影响

      机械加工、喷丸等工艺，使表面处于残余压缩应力状态，由于抵消或部分抵消了拉伸应力的作用，对抑制应力腐蚀断裂是有益的。

      3、腐蚀
      在前面提到，改进金属构件的设计，防止腐蚀介质的富集，是一项重要的防护措施。与此有关的，是介质的处理，例如，汽轮机发电机组用水，需要预先处理，以降低NaOH的含量，核反应设备的不锈钢热交换器中，需将水中Cl^-及O₂的含量降低到ppm以下等。
      缓蚀剂、涂层及电化学保护都可用于抑制腐蚀。但应指出，以氢脆为断裂机理的应力腐蚀体系中，阴极极化、阳极极化都会促进局部区域氢的析出，使裂纹扩展速度增加、断裂时间下降。以阳极溶解为断裂机理的应力腐蚀体系则不同，例如α黄铜在中性含NH₄⁺的水溶液中，不仅阴极极化可降低裂纹扩散速度，而且在阳极极化的电位较正时，由于腐蚀在较大的表面进行，也会降低裂纹的扩展速度。如图3所示。

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图3 极化电位对α黄铜在中性含NH₄⁺水溶液中的裂纹扩展速度的影响

      对于氢脆或氢致开裂，应该首先确定起决定性的作用机理，然后对症下药，采取相应的措施。

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图4 氢致变化与氢致开裂机理