金屬材料的應力腐蝕和應力腐蝕開裂（SCC），該如何進行檢驗？
應力腐蝕作為引發(fā)構件失效的主要原因之一，無明顯征兆，卻往往給工程帶來災難性損失。因此非常有必要對可能在相關環(huán)境下工作的材料進行應力腐蝕性能試驗，并以其試驗數(shù)據(jù)用以作為該材料在設計、生產(chǎn)和投入使用前應力腐蝕性能指標的參考。
SCC：應力腐蝕開裂，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力相關的一種金屬開裂，是應力與腐蝕介質協(xié)同作用下引起的金屬斷裂現(xiàn)象。機械設備/零件在拉應力和腐蝕介質的共同作用下，將出現(xiàn)低于材料極限強度的脆性開裂現(xiàn)象，導致設備和零件失效，這種現(xiàn)象稱為應力腐蝕開裂(SCC)。
一、什么是應力
應力是物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時，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單位面積上的內(nèi)力稱為應力。同截面垂直的稱為正應力或法向應力，同截面相切的稱為剪應力或切應力。
二、什么是應力腐蝕
應力腐蝕是指材料、機械零件或構件在靜應力(主要是拉應力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象，即由殘余或外加應力導致的應變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過程。應力腐蝕導致材料的斷裂稱為應力腐蝕斷裂。
應力腐蝕一般認為有陽極溶解和氫致開裂兩種。常見應力腐蝕的機理是:零件或構件在應力和腐蝕介質作用下，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，進一步腐蝕已破壞的表面，再加上拉應力的作用，破壞處逐漸形成裂紋，裂紋隨時間逐漸擴展直到斷裂。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、應力腐蝕性能檢驗
應力腐蝕作為引發(fā)構件失效的主要原因之一，無明顯征兆，卻往往給工程帶來災難性損失。因此非常有必要對可能在相關環(huán)境下工作的材料進行應力腐蝕性能試驗，并以其試驗數(shù)據(jù)用以作為該材料在設計、生產(chǎn)和投入使用前應力腐蝕性能指標的參考。
目前國際公認標準金屬材料應力腐蝕是《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-應力腐蝕試驗》則等同采用ISO標準，該標準中給出了多種應力腐蝕評價方法，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、帶缺口試樣和預制裂紋試樣；加載形式即恒位移、恒載荷和慢應變速率。
四、SCC三個主要特征:
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，應力腐蝕開裂是尤其應該注意的問題。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)生應力腐蝕開裂，這是晶體結構決定的。
2.容易引起應力腐蝕開裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒有導致應力腐蝕開裂的介質也是不會發(fā)生應力腐蝕開裂的，它好比硬幣的A/B面。環(huán)境介質也是應力腐蝕開裂的重要條件。
3.足夠的拉應力。通常認為靜態(tài)拉應力是導致應力腐蝕開裂的必要條件。有人會問，那要是交變載荷呢？我認為可能要歸功于腐蝕疲勞了。為什么說發(fā)生應力腐蝕開裂需要足夠的靜態(tài)拉應力呢？因為它需要滿足腐蝕狀態(tài)下的臨界應力強度因子KISCC。
五、SCC試驗(模擬工況)
試驗標準：NACE TM0177-2016；試樣類型：按照ISO7539-2標準采用四點彎曲試件；試驗溶液：模擬現(xiàn)場介質溶液(初始PH=3~4);試驗加載應力：=80%AYS(實測屈服強度);HS分壓：3.4MPa；CO2分壓：2.4MPa；試驗溫度：30℃；試驗頻次：僅在制造工藝驗證時;試驗持繼續(xù)時間：720h；驗收標準：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;試驗報告：試驗報告中應注明試驗前后溶液的PH值。
六、應用領域：
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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