近年来关于应力腐蚀(SCC)的研究

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s2.026 北京钢铁学院学报 1987年2月 Journal of Beijing University Special issue 专辑1 of Iron and Steel Technology No,1,1987.2 5, 近年来关于应力腐蚀(SCC)的研究 于朴 张文奇 王旷 (表面科学与腐蚀工程茶) 抽 要 应力腐蚀开裂(SCC)是金属材料的腐蚀问题中的重要部分。它指金属在特定介质中由于受隐定应力产生尖锐的 裂纹而造成的金属材料的腐蚀破坏。它比较复杂，受许多因素的影响。因而对SCC的研究需婴各方而的工作（图1）。 Stress Corrosion Cracking Research Corrosion Physico-metalli:rgv Fracture mechanics -cetrochemist Phyxico-metallurgist Scientist in mechanics of fracture Electric potential nt erack-tip Dislocation configuration and stress types It should aiso consider the property differenees It should also conneet etween ideal surface and surface renetions with the surface at crack-tip. mechanics of continuous medium. it should also consider whether the types of dislocation or precipitation affeet the reactions at crack-tip surface. 图1，关于应力腐烛的研究 Fig.1 On the research of stress corrosion cracking 自1906年开始出现关于SCC的文章后的近80年中，人们从怡金学，断裂力学、物理和化学等各方面创造了一系 列研究方法，从不同角度分析和总结，并提出了许多有关机理，对六、七十年代此方面的工作己有许多人进行过归 钠和总结〔1)，这里在简单回颜以往工作的基融上主要归纳近两年来的有关工作。 关健词：应力离蚀(SCC)、机理、电化学、不锅钢 Review on the SCC Researches in Recent Years Yu Pu Zhang Wenqi Wang Kuang Abstract Stress Corrosion Cracking SCC )is important in the corrosion problems, especially in industry and engineering,So more and more articles have 102

年 月 专辑 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 ， 。 近年来关于应力腐蚀 的研究 于 朴 张文奇 王 旷 表面科学 与腐蚀 工 程 不 摘 要 应力腐蚀开 裂 是金属材料的腐蚀问题 中的 重要 部分 。 它指金 属在 特 定介质 中由于受稳定应力产生 尖锐的 裂纹 而造成的金 属材料的腐蚀破 坏 。 它比 较 复杂 ， 受 许多因素的影响 。 因 而对 的研究需 要各方面 的工 作 图 凡 只 、 、 。 ，’ “ ‘ “ 。 一 ‘ ，“ ’ “ “ ‘ 『 ” ” ，“ ’ ‘ 一 只 一 。 一 八 老一 · ， 凡 凡 凡 ， 〔 ， 。 ‘ ’ ， ， 一 一 一 只一 一 一 一。 一 护 一 户 图 ， 关于应力脚蚀的研究 。 五 自 ， 年开始出现关于 的文章后的近 年中 ， 人们从冶金学 ， 断裂力学 、 物理 和化学等各方面 创造 了一 系 列研究方法 ， 从不同角度分析和总结 ， 并提出了许多有关机理 。 对六 、 七十年代此方面的工作己有 许多 人 进行过 归 纳和总结 〔 〕 。 这里在简单回颐以往工作的苍础上主要归纳近两年来的有关工作 。 关健词 应力脚蚀 、 机理 、 电化学 、 不锈钢 “ ” ” ” ” ， 扭 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s2．026

been published in recent years concerning its possibie mechanisms, affecting factors,engineering failures and the methods to research.In this paper,a brief review is given mainly on the work of stress corrosion crack -ing in recent yeasr.Some researches on stainless steel and aluminium alloys are also induced. Key words,S'C;mechanisms;electrochemistry,stainless steelt 1应力腐蚀机理 Steahle等人把Scc研究划分为三个阶段： i,识别阶段(<1959年)，主要是识别可以引起S(的合金/介质体系。 2 i,机理阶段(60年代初至70年代中)，从各种研究方法与对象中寻求SC机理。 ⅱ，应用阶段(70年代中以后)，主要用研究成果预测S,℃，定量分析，改进实验技术 及开发抗S(CC合金等。 在六、七十年代，通过对大量体系的究研，人们提出的各种可能机理主要分为四大 类： A,预存在活性通道机理(PEAPM)。 B,应变助活性通道机理(SAAPM或SGAPM), C,涉及吸附的机理(SAM)。 D,速率控制机理(RDSM), A,PEAPM 在1940年由Px首先提出，认为主要原因是合金在晶界处的偏析或沉积以及其它点 阵缺陷。它们与合金木休的电化学性质不同，因而形成局部电偶，它们本身既可做阳极， 也可做有效的阴极，因而造成附近晶格的溶解。由于一般晶界有连续性而且有较高的 能量密度，因而活性通道多为这些地方扑造成沿晶破坏。与此机理有关的各种因素可用 图2来说明。应当指出的是： ①应力与电势的作用与地位。虽然应力在PEAPM中不是必须的，但确是有利的。它 的作用是促进应变，防止已产生的通道阻塞。电势适当则可以防止腐蚀产物的沉积，利 SCC(PEAPM) Crack initiation Crack propagation Propagation resisting Environment medium Carbon一-一 content --Active path--- Heat treatment Potential Precipitation Segregation Phase change 图2与SCC的PEAPM有关的各因素相互关系。 Fig.2 Fundamental Parameters involved in PEAPM of stress corrosion cracking 103

， ， 。 ， 一 ， 、 ， ， ， 应力腐蚀机理 等人把 汉 研究 划分 为三个阶段 ， 识别阶段 年 ， 主要 是识别可 以引起 一又 的 合金 介质体 系 。 ， 机理阶段 年代 初至 年代 中 ， 从 各种研究 方法与对象 中寻求 机理 。 ， 应 用阶 段 年代 中以后 ， 主要 用研究 成果预 测 了 ， 定量分析 ， 改进实验技术 及 开发抗 合 金 等 。 在六 、 匕十年代 ， 通 过对大 量体 系的究研 ， 人们提 出的 各种可 能机理 主 要分为四 大 类 ， 预 存 在活性通 道机理 。 ， 应 变助 活性通 道机理 或 ， ， 涉及吸附的 机理 。 ， 速 率控制机理 ， 。 在 。 年由 首先提 出 ， 认 为主 要原 因是 合 金在晶界处的偏析或沉 积 以及其 它 点 阵缺 陷 。 它 们 与 合金木 体 的 电化 学性 质不 同 ， 因而形 成局 部 电偶 ， 它 们 本 身既可做 阳极 ， 也 可 做 有 效的 阴 极 ， 因而造 成附近 晶格的 溶解 。 由干一般 晶界有连 续性 而且有 较高的 能量密度 ， 因而活性通 道 多为这 些 地方并造成沿 晶破坏 。 与此机理有关 的 各种因素可 用 图 来说明 。 应 当指 出的 是 ① 应力与 电势 的 作用 与地位 。 虽然 应力 在 中不是必须 的 ， 但确是有利的 。 它 的 作用 是促进 应 变 ， 防 止 已产生 的通 道阻塞 。 电势适 当则可 以防止 腐蚀 产物的沉积 ， 利 详心 产一上 今 吮 ， ‘ 口 － 一 一 一 － 一 一 ， 盯幻 脚训辫啥 一 一 一 习 喀 图 拜 与 的 有关的各因素相互 关 系 。

于腐蚀通道扩展。 ②软钢中含碳量与碳的分布是活性通道位置的主要决定因素 B.SA(G)APM 这一类机理主要涉及关于裂纹区的应力一应变情况，裂尖的发展过程，裂纹的 扩展理论等，如滑移溶解理论，脆性膜理论，拉伸带理论，裂尖上的应变集中等。在大 量的实验工作中，证实了许多观点的正确性如：(1)保护膜的破裂是基木的特点， (2)应变是保护膜破裂的基本条件， (3)裂尖是应变集中的地方， (4)要保证尖锐纹的存在，裂纹侧壁的扩展速率要远小于裂尖的扩展速率。所以 裂纹侧壁应当是保护性的。 关于这个机理的有关参数，特别是有关滑移溶解理论的有关参数，可用图3来表示。 SAAPM被认为是SCC中最为重要的一类机理。这不仅由于它将应力与开裂紧紧联 系在一起，而且由于它涉及的问题的广泛性（图3），因此相当的研究工作是围绕它进 行的。一般认为它是按照周期氧化膜破裂→贫铬区相对较快的化学侵袭或裂纹扩展 →再钝化使裂纹扩展减慢这样周期过程进行的。而以前曾认为化学侵袭的环境使裂尖 上负荷承受带的面积减小或化学侵袭后裂纹由应力致活化位置的密度增加而使裂纹扩 展。 SCC (SAAPM) Crack initiation Crack propagation Crack blunting Dissolution rate of erack tip Dissolution rate of sides Oxide rupture rate Passivation rate Solvating-1.igand renewal rate Fracture Matrix creep Solid state strain of rate at oxide growth Diffusion of oxide OH,and A crack-tip Dislocation Dislocation morphology velocity Localised Stress-distribution flow stress at crack-tip Nominal stress Applied strain rate intensity Effective stress intensity 图8与SCC的9AAPM有关各因素的关系 Fig.3 Interrelationship of fundamental parameters involved in the SAAPM of stress corrosion cracking 194

于腐蚀通 道扩展 。 ②软钢 中含碳 量 与碳 的 分布是活性通 道位 置的 主要 决 定因素 。 这一类机理主要 涉及 关 于裂 纹 区的 应力－ 应变情况 ， 裂尖的 发展 过程 ， 裂纹的 扩展 理论 等 ， 如滑移溶解理论 ， 脆性膜理论 ， 拉伸带 理论 ， 裂尖上的 应变集中等 。 在大 量的实验工作 中 ， 证实 了许多观点的 正 确性 如 保护膜的破 裂是基木的特点， 应 变是保护膜破裂的基 木条件， 裂尖是应变集 中的 地方 要 保证 尖锐纹的存在 ， 裂纹侧壁 的 扩展速率要远小 于裂尖的扩 展速率 。 所以 裂纹侧 壁 应 当是保护性的 。 关于这 个机理的 有关 参数 ， 特别是有关滑移溶解理论 的 有关 参数 ， 可用 图 来表示 。 被 认为是 中最 为重 要 的一类机理 。 这 不仅 由于它将应力 与 开 裂 紧紧联 系在一起 ， 而且 由于它 涉及 的问题 的广 泛性 图 ， 因此相 当的研究工作 是 围绕它进 行 的 。 一 般认 为它 是按照 周期氧 化 膜 破 裂， 贫铬 区相对较快的 化学侵 袭 或裂 纹 扩 展 再 钝 化 使裂纹扩展 减慢这样周期过程进 行的 。 ’ 而以前 曾认 为化学侵袭的环境使 裂尖 上负荷承受带的面积减小或化学侵袭后裂纹 由应力致活化位置的 密度增加 而 使 裂 纹扩 展 。 户 人 阳 一 。 ， 。 。 。 瓜太丁瓜磊砚 。 一止 一 黑 咒 “ ’ 一 一 压 ， 一 一 一 赢汁霖 。 ‘ 。 ’ 。 ” ‘ ” 耀二， 加 幻。 陀 一 “ 井军生一二石 自 弱 住 ， 爪 与 的 人人护 有关各因素 的关 系 。 图亡几

C,SAM 这也是一类机理的总称。一般来说，它认为裂尖上力学性能的下降应当归于对环境 中特殊离子的吸附。这些吸附离子或原子可以进入附近的晶格中，造成金属的坏破。这 里最重要的是氢原子等。故有大量的研究者从事HE机理的研究，对氢致开裂问题得出 了许多有意义的看法。对HE中有关的各种参数及它们相互关系可用图5来表示。当 然，在没有应力时也可以发生HE。然而氢的吸附与吸收确实有利于应力下的腐蚀，因 而它们常常可以同时发生。 HE 一一E,pH,A Hydrogen transfer- Adatom coverage Matrix Dislocation Solvating ligand or Passivation rate Oxide rupture transfer transfor hydrogen-ion renewal rate rate at crack-tip Diffusion Surface reaction Solid-state Dissolution/ Crack-tip Oxide rupture rate reaction Precipitation deformation strain rate Dislocation morphology Dislocation velocity Applied strain rate Stress distribution Localized at crack -tip flow-stress Nominel stress intensity Crack-tip blunting Craek-tip branching 图4与HE有关的各种因素的关系 Fig.4 Fundamental Parameters involved in hydrogen embrittlement D.RDSM 实际上这是用动力学标准的开裂模型。对应力存在时的开裂，在热力学条件必经满 足的基础上，动力学往往成为决定的因素。与此有关的参数及条件等可以用图6来表 示。 RDSN Reaction rate Passivation rate Oxide rupture rate at crack-tip at crack-tip at crack-tip Solutioh renewal Potential rate 'at crack-tip Dislocation Ad-hydrogen-ion Total oxidation coverage rate Concentration Stress He SAAPM difference intensity 图5与RDSM有关的各因素. Fig,5 Fundamental Parameters involved in RDSM. 195

。 这 也是一类机理的总称 。 一般来说 ， 它认 为裂 尖上力学性能的下降应 当归干对环境 中特殊离子 的吸附 。 这 些吸附 离子或原子 可以进入附近 的 晶格 中 ， 造 成 金属 的坏破 。 这 里 最重要 的是氢原子等 。 故有大 量的研究者从事 机理的研究 ， 对 氢致 开 裂 问 题得出 了许多有意 义的看法 。 对 中有关的各种参数及它 们相互关 系可盯 用 图 来 友 示 。 当 然 ， 在没有应 力时也可以发生 。 然而氢的吸附 与吸收 确实有利于 应 力下 的 腐 蚀 ， 因 而它们常常可以 同时发 生 。 ， 二 阶 日 工摆戮 ， ‘ 日 ﹁ 一， 氏， ‘ 一 。 厅偏 、， 吐 住 印 只 尸尸 “ ‘ “ “ “ 一 ‘ ﹂ 一 ， 陀， 一 一 一 图 与 有关的各种 因素的关 系 一 。 实际 上这 是用 动力 学标准 的开裂模型 。 对 应力存在时 的开裂 ， 在 热力 学条件必经满 足 的基础上 ， 动 力 学往往成 为决 定的因素 。 与此有 关的参数及条件等 可 以 用 图 来表 示 。 舰 沁 叭 典 一 · · 血 丫 比 产 ， 匕 一 一 圈 与 有关的各因素 。 礴 零 兵 宋 令 与

动力学因素一般是依赖于体系所处的环境，随时间的不同可能发生变化。对于不同 的RDSM也就产生出不同的测试方法。RDSM实际上也可以说是前几类机理中的一个特 殊部分。例如，它可能是决定环境局部化学的裂尖上的溶液更新，或裂尖上溶解与钝 化的速率，或由于局部残余应力加上外加应力引起的裂尖上氧化物破坏速率等。因为它 们门既可能影响SAM(加HE)的中心问题一吸附氢原子覆盖率，也能`彩响SAAPM中 使裂纹扩展的化学因素，因i而For提出了一个“反应面图”，示意出这些控制参数对裂 纹形貌，防止裂纹扩展，阻止钝化的程度的协同作用以及不变应力与变化应力开裂之间 的过渡等。 dLiquid diffusion rate Oxide rupture i rate Cracking Pitting leneral corrosion Passivation rate 图6反应面，表明纯化速事、氧化物破膜速率与液体扩散速事对延性合金在水溶液中的裂牧生长的作用 Fig.6 Reaction surface showing the effet of Passivation rate,oxide rupture rate and liquid diffusion rate on crack growth in ductile alloy aqueous environment systems. 2近年的主要工作 SCC本身是一个十分复杂的问题，涉及多方面因素的影响，如成份（金属本体成份， 杂质、晶粒大小与结构，杂质的晶界的贡献等)，应力（施加的应力，裂尖应变，残余 应力，幅射频率等)以及环境（溶液成份与浓度，温度，氧化电势，pH等）等。因而 有关它的工作是十分庞杂的。经过几十年的工作，对许多基本问题有了相当的认识，许 多提出的机理与看法也得到比较广泛的接受。目前的工作大致上可分为以下五类： 2.1观壤由于SC造成的重要工业失效的类型与原因，如各种反应器和管线等。 这种研究对象主要是处于敏感环境工作条件下的材料，如各种压水反应器管材，轻 水反应器部件，沸水反应器，奥氏体不锈钢传氧管线，锅炉，蒸气机，化工厂管材以及 热交换器，焊口应力腐蚀等。 2.2有关SC(问题的回顾与综述 2.2,1 Petrov等2阐述了SC的力学化学的基本条件，讨论了钢开裂的电化学机 理。 106

。 这 也是一类机理的总称 。 一般来说 ， 它认 为裂 尖上力学性能的下降应 当归干对环境 中特殊离子 的吸附 。 这 些吸附 离子或原子 可以进入附近 的 晶格 中 ， 造 成 金属 的坏破 。 这 里 最重要 的是氢原子等 。 故有大 量的研究者从事 机理的研究 ， 对 氢致 开 裂 问 题得出 了许多有意 义的看法 。 对 中有关的各种参数及它 们相互关 系可盯 用 图 来 友 示 。 当 然 ， 在没有应 力时也可以发生 。 然而氢的吸附 与吸收 确实有利于 应 力下 的 腐 蚀 ， 因 而它们常常可以 同时发 生 。 ， 二 阶 日 工摆戮 ， ‘ 日 ﹁ 一， 氏， ‘ 一 。 厅偏 、， 吐 住 印 只 尸尸 “ ‘ “ “ “ 一 ‘ ﹂ 一 ， 陀， 一 一 一 图 与 有关的各种 因素的关 系 一 。 实际 上这 是用 动力 学标准 的开裂模型 。 对 应力存在时 的开裂 ， 在 热力 学条件必经满 足 的基础上 ， 动 力 学往往成 为决 定的因素 。 与此有 关的参数及条件等 可 以 用 图 来表 示 。 舰 沁 叭 典 一 · · 血 丫 比 产 ， 匕 一 一 圈 与 有关的各因素 。 礴 零 兵 宋 令 与

Kolotyrkini讨论了在腐蚀开裂电化学中的一些未解决的问题。Parkins在研为金属的环 境敏惑断裂时讨论了以裂尖金属溶解或裂尖上局部脆化评价慢纹增长和电化学的应用， 低强钢Scc中治金变量以及电化学、应力等在环境敏感断裂上的作用。Newman归纳了 SCC或cF的阳极过程与动力学，Spachn从电化学与治金方面综述了-些工.业用合金的微 结构问题。 2,2.2Rosa等从SCC的化学、力学与微观结构等三方面因素讨论了环境对于氧化膜 的溶解与钝化，阳极溶解，出氢等的影响以及它们与断裂力学参数的关系。Oht格ubo3) 等讨论了腐蚀的微观分析与估计，杂质对腐蚀与钢开裂的作用以及各种新技术如AES, CMA,SPEED及氢传送等做了论述。Yun,K.S.归纳了高强钢、不锈钢，铝合金及镍 合金的应力腐蚀大小与原因，TG与1G失效，腐蚀环境，SCC方向与开裂机理。Kon还用 结晶学讨论了取向问题及在测量SCC机理上的应用。对高强铝合金的SCC与模型也有论 述。 2.2.3特定环境与材料。如碘应力腐蚀的试验方法，断裂力学和机理。有关硫SC℃ 的机理，试验方法及主要影响因素，特别考虑了在HzS存在下的S(问题。 2.2.4除了发展耐蚀材料，电化学保护，合理设计和控制介质条件以外，用缓蚀剂 也是减少S℃的有效方法。不少人做过此方面的工作，如曾兆民等对不锈钢的SC(缓蚀剂 进行过综述。虽然这是十分受人注目的领域，但仍尚未得到可供工业应用的结果。 2.3应力、环境、材料等因素相互依赖关系的本质 2.3.1从应力上讲，局部拉伸应力在SCc裂纹尖上造成局部应变，使保护膜破裂。 这个局部应变是K值与局部应力水平的函数，后者则是施加应力与残余应力之和。由于 残余应力可以超过负荷应力，因而轻负荷处也可能开裂。由于残余应力是局部的，因 此X射线法就成为常用的测量工具，即测量点阵参数并与非应变下的点阵空间比较，然 后由杨氏模量计算出达到所测应变所需的应力。此方法测到的只是表面附近的应力。由 于许多部件的寿命由裂纹萌生的时间决定，因而表面残余应力常常是至为重要的，它无 疑控制裂纹的萌生，而纹的扩展则需要穿透应力，但这种残余应力类型是如何随扩展的 纹或在主要裂尖上残余应力的大小而改变则仍然未知。 从力学条件上，Komai等研究了高强铝合金在弯曲与扭曲应力下周期S(c开裂萌生， 认为它始于点蚀，发生在三个相邻的晶界上。低弯曲应力下，裂纹从径向晶界腐蚀溶解 开始，而扭曲应力下，裂纹则始于晶界或从径向滑移腐蚀溶解开始。Yagawa用有限元 法研究拉伸负荷下304不锈钢的开裂稳定增长与不稳定性，以裂尖开口角度做为开裂扩 展标准。褚武杨等还研究了压应力下奥氏体不锈钢与软钢的SC(现象。 2.3,2环境的影响是多方面的和复杂的。从外部环境如腐蚀环境对片状与球状石墨 铸铁的协同作用，介质成份对马氏体结构高强钢开裂的影响，特别是pH与KsCc的关系， Mg02浓度对18-10不锈钢的S作用，H,S04,氧量及氢量对高温水中AISI304不锈钢的 SCC作用，S离子对用于海水中的碳钢与低合金钢的SCC与HE做感性的影响，用于卫星 的Ti-6A1-4V合金在氟利昂PCA及NC1,MON-1中的ScC裂纹增长：A1-Li合金在水溶液 中的Sc以及溶解氧含量对高温水中低合金钢的SCc作用等。在温度方面，Poznansky研 究了敏化热处理对AISI304的Sc影响(620~680°c),认为晶界上无、r时就有TGSC 107

讨 论 了在腐蚀 开 裂 电化学 中的一 些 未解决 的 问题 。 、 在 研 沈金属 的环 境敏 感断裂时讨 论 了以 裂尖 金 属溶解或 裂尖上局 部脆 化评价慢纹 增长 和 电化 学 的应用 ， 低强钢 中冶 金变量以 及 电化学 、 应 力等在环境敏感断裂上的 作 用 。 归纳 了 或 夕的阳被过程 与动 力学 。 从 电化学 与冶 金方面综述 了一 此 工 业 用 合金 的微 结构问题 。 等从 的化学 、 力学 与微观结构 等三方面 因素讨 论 了环境对 于氧化膜 的溶解 与钝化 ， 阳极溶解 ， 出氢 等的影响以 及它们 与断 裂力学参数的关 系 。 。 侣 〕 等讨论 了腐蚀 的微观分 析与估计 ， 杂质对腐蚀 与钢开裂 的作 用以 及各种新技术如 ， 人 ， 及氢传送 等做 了论 述 。 ， 归纳 了高强钢 、 不锈钢 ， 铝 合 金及镍 合金 的应力 腐蚀 大 小 与原 因 ， 与 失 效 ， 腐蚀 环境 ， 方 向与开 裂机理 。 还 用 结 晶学讨 论 了取 向问题 及 在测量 机理 上 的 应 用 。 对 高强铝 合 金的 与模型 也有论 述 。 特 定环境 与材料 。 如碘 应 力 腐蚀 的试 验 方 法 ， 断 裂 力 学 和 机理 。 有关 硫 的机理 ， 试 验 方法 及 主 要影 响因素 ， 特别考虑 了在 存在 下 的 汉 问题 。 除 了发展 耐蚀 材料 ， 电化 学保 护 ， 合理设 计和控制介质 条件 以外 ， 用缓蚀 剂 也是减少 一 的有效 方 法 。 不少 人做 过此方 面的工 作 ， 如 曾兆 民等对不锈钢 的 缓蚀剂 进 行过综述 。 虽 然这 是十分受 人注 目的领域 ， 但仍 尚未得到可供 工 业 应用 的结果 。 应力 、 环境 、 材料等因素相互依 赖关系的本质 从应 力上 讲 ， 局 部 拉伸应 力 在 裂 纹尖上 造 成局 部应 变 ， 使保 护 膜破 裂 。 这个局 部应 变是 值 与局 部 应力 水平 的函 数 ， 后者 则是施加 应 力 与残余 应 力之和 。 由 于 残余应力 可 以超 过负荷 应力 ， 因而 轻负荷处也可 能 开 裂 。 由于残余 应力 是 局 部 的 ， 因 此 射线法就 成 为常 用 的测 量工 具 ， 即测 量点阵参数并 与非应 变下 的点阵空 间比较 ， 然 后 由杨氏模 量计算 出达 到所测 应变所需的应力 。 此 方法测 到 的只 是 表面附 近 的应力 。 由 于许 多部件 的 寿命 由裂纹 萌生 的时 间决 定 ， 因而表面残余应力常常是至 为 重 要 的 ， 它 无 疑控制 裂纹 的萌 生 ， 而纹 的扩 展 则需要 穿透 应力 ， 但这种残余应力 类 型 是如何 随扩展 的 纹或在主要 裂尖上 残余应 力 的大小 而改 变则仍 然未知 。 从 力学 条件上 ， 等研究 了高强铝合金 在弯 曲与扭 曲应力下 周期 〔 开 裂萌生 ， 认 为它始于点蚀 ， 发 生在三个相邻 的 晶界上 。 低弯 曲应力 下 ， 裂纹从径 向晶界腐蚀溶解 开始， 而 扭 曲应 力 下 ， 裂纹 则始 于 晶界或从径 向滑 移腐蚀溶 解开始 。 用 有 限元 法研究拉伸负荷下 不锈钢 的开 裂稳 定增长 与不稳 定性 ， 以裂 尖开 口 角度做 为开 裂 扩 展 标准 。 褚武杨 等还研究 了压 应力 下奥氏体 不锈钢 与软钢 的 〔 现象 。 环境的影 响 是 多方面 的和复杂 的 。 从外 部环境如腐蚀 环境对 片状 与球状 石 墨 铸 铁 的 协 同作 用， 介质 成份对马 氏体结构 高强钢 开裂 的影 响 ， 特别 是 与 的关 系， 浓 度对 一 不锈钢 的 丁 作 用 ， ‘ ， 氧 量及氢量对 高温水 中 不 锈钢 的 作 用 ， 二 离子 对 用 于海水 中的碳钢 与低 合金钢 的 与 放感性 的影响 用于 卫星 的 一 一 合金在 氟利 昂 及 ‘ 一 中的 裂纹 增长 一 合 金 在水溶 液 中的 以及溶解氧含量对 高温 水 中低 合 金钢的 作 用 等 。 在温 度方面 ， 研 究 了敏化热处理对 和 的 义影响 妈 ， 认为晶界上 无 、 。 时就有 甲 ‘

现象，而当CrC形成后则对GSCC敏感，故晶界上Cr含量是重要因素Schmiat在研究低 温敏化304钢管焊口处的GSCC时发现，在低0，高纯水中，经<360°c处理后对TGSCC不 敏感，而在385~500°处理后则敏感。Kuwano探讨了溶液温度对高浓沸MgCl2i溶液中 不锈钢敏惑性与极化行为的影响及裂纹的形成与扩展机理。 对内部因素，Jonest研究了：。量对7%铝青铜的抗SC性能，在pH=12无o存在时断 裂归于SGAPM,而加入Co与Sn后样品在海水中断裂归于PEAPM。Mizuno研究了碳钢 含碳量与SC(温度的关系。 改进钢环境也是有效的改进$℃性能的方法。如涂层、阴极保护、改进应力状态， 减少开裂动力学条件等。但从协同作用的定义上也应考虑钢中杂质量的作用。La对高 纯碳钢(0.15%)于热NO:3中以恒应变速率法研究时，就得到了脆性指数与各种微元素 杂质代数和成正比的关系。因为的确发现过在一些情况下体内杂质浓度与偏析量成正比。 2.3.3对其它影响因素也有不少研究，如探讨2024-T351铝合金出于音波发射引起 的S裂纹的扩混，r射线对奥氏体不锈钢晶间S的影响，液体流动对AISI304不锈钢 高温腐蚀的影响4，表明开裂是流速与电势的函数。对IGSC,<8cm/s时流速对临界电 势无影响。此外还有对高强锅中氢量对HE的影响，合金对应变速率的敏感性，在硫S℃ 中不同实验方法对测量的影响等。 2.4如何对外部因素进行控制，改进材料的抗SCC性能，防止或降低S(发生的倾象。 对抗SC性能的材料之研究取得了一定进步，如抗硫化物腐蚀开裂的钢，用热处理 改进优化抗S性能，用于核反应堆的抗SCC奥氏体不锈钢等。在结构不锈钢上涂以铂 组金属也可防止S<'。为力图控制ScC倾象，研究13%Cr钢的抗疏SCC性，如何提高石油 生产中低合金钢的抗硫SCC与改进力学性能，在非磁高锰钢中加人不同元素改进抗SCC 性能，用涂层办法等。 用缓蚀剂也有利于控制Scc的发生。Agarwala:指出，缓蚀剂对铝与钢可能的作用方 式（停止纹开裂）有()通过形成阳性膜使表面钝化，()缓蚀剂也是缓冲剂，使 整个裂尖保持中性，(ii)对H是负催化剂，加速原子H结合生成分子氢，(iv)是受 氢者，它与原子氢结合生成氢的化合物：(V)裂尖上的缓蚀剂增加表面能。虽如此，这 方面工作，总的来说还不成熟，因而虽然对某些A【-Zn-Mg合金以及奥氏体不锈钢有一定 的研究，但工作还很有限。 2,5有关SCC各种机理的认识与讨论 对于机理的认识当然无论从认识S℃现象的本质还是寻找防止SCc的办法上都是至为 重要的。当然也是许多人研究的课题。 在方法上各有不同。如L用冷冻法分析裂纹内的溶液成份，离子浓度，产生H+倾 象和几何因素等。Pickering.从裂纹中限制电极电势的理论和实验方面研究它对金属SCc: 和HE的作用。Bandy研究开裂与扩展的Arrhenius图，为评价600合金的应用行为给出 。I定性的数据Z研究了老化对点蚀电势及合金SC与IG的关系，认为晶内与晶界点蚀 电势不同是造成铝合金腐蚀的原因。对黄铜等合金也有不少关于试验方法的研究。 对裂纹萌生的研究一直比较少，近年来也有一定的工作。如Kmp7,对沸腾NgC1z中 的奥氏体不锈钢的研究表明，裂纹只有在电势超过-0.12V才出现，孕育期与防止扩展应 108

现 象 ， 而 当 形 成后 则对 放感 ， 故 箭 ，界上 含量是重要 因素 。 在研究低 温敏化 钢 管焊 口 处的 时 发现 ， 在低 高纯水 中 ， 经 处理后对 不 敏感 ， 而在 “ 处理后则敏感 。 ， 。 探讨 了溶液温 度 对高浓沸 溶液 中 不锈钢敏感性与极化行 为的影响及裂纹 的形 成与扩展 机理 。 对 内部 因素 ， 研究 了‘ 。 量对 铝青铜 的抗 工性能 ， 在 无 泊存在时断 裂归干 ， 而加人 。 与 后样品在 海水 中断 裂归干 。 研究 了 碳钢 含碳 量与 咒温 度 的关 系 。 改进钢环境也是有效的改进 忿 性能 的方法 。 如涂层 、 阴极保护 、 改进 应力 状 态 ， 减少开 裂动力学 条件等 。 但从协同作 用 的定 义上也应考虑钢 中杂质量的作用 。 对 高 纯碳钢 于热 一 。 中以恒 应变速率 法研究时 ， 就得 到 了脆 性指数与各种微 元素 杂质代 数 和成正 比的关 系 。 因为 的确发现 过在一些情况 下 体 内杂质浓 度 与偏 析量成正 比 。 对其它影响 因素也有不少研 究 ， 如探讨 一 铝合 金 由于音波发 射 引 起 的 厌 裂纹 的扩 展 ， 射线 对奥 氏体 不锈钢 晶间 浅 的影响 ， 液体流 动 对 不 锈 钢 高温 腐蚀 的影 响 ， 表 明开 裂是流速 与电势 的 函数 。 对 义 ， 时 流速对临界电 势无影响 。 此 外还 有对 高强钢 中氢 量对 的影响 ， 合金对应 变速 率的敏感性 ， 在硫 中不 同实验 方法 对测 量 的影响 等 。 如 何对外部 因素进行控制 ， 改进材料 的抗 性能 ， 防止或降低 认 发生的倾 象 。 对抗 性能 的材料 之研究取 得 了一 定进步 ， 如抗硫 化物腐蚀 开裂 的钢 ， 用 热处 理 改进优化抗 、 性能 ， 用 于核反应堆 的抗 〔 奥氏体不锈钢 等 。 在结构不锈钢上 涂 以 铂 组 金属也可防止 资 。 为力 图控制 倾象 ， 研究 钢 的抗硫 性， 如何提 高石 油 生 产 中低 合 金钢的抗硫 与改进 力学性能， 在非磁 高锰钢 中加 人 不 同 元 素改 进抗 性能 用 涂层办 法等 。 用缓 蚀剂 也有利 于控制 〔 的发 生 。 指 出 ， 缓 蚀剂 对 铝 与钢可能 的作用 方 式 停止纹开裂 有 通 过 形 成阳性膜 使表 面 钝 化 ， 缓蚀 剂也是缓 冲剂 ， 使 整个 裂尖保 持 中性， 对 是负催化剂 ， 加 速 原子 结合生 成分 子 氢， 是受 氢者 ， 它与原子 氢结 合生成氢的化 合物， 裂尖上 的缓 蚀 剂增加 表面能 。 虽如此 ， 这 方面工 作总 的来说还 不 成熟 ， 因而虽然对某些 一 一 合金以及 奥氏体不锈钢 有 一定 的研究 ， 但工 作还 很 有限 。 有关 各 种机理的认识 与讨论 对 于机理 的认 识 当然无论从认 识 义现 象的本质还 是 寻找防 卜 的办法上 都是至 为 重 要 的 。 当然 也是许多人研究 的课题 。 在方 法上 各有不 同 。 如 用冷 冻法 分析裂纹 内的溶 液 成份 ， 离子浓度 ， 产 生 倾 象和几何 因 素等 。 从裂纹 中限制 电极 电势的理论 和实验方面研究它 对 金属 和 的作 用 。 研究 开裂 与扩展 的 图 ， 为评价 合金的应 用行 为 给 出 。 定性 的数据 研究 了老 化对点蚀 电势及 合 金 兀 与 一 的关 系 ， 认 为晶内 与晶界 点蚀 电势不 同是造成铝 合金腐蚀 的原 因 。 对黄铜 等合 金 也有不 少关 于试验方法 的研究 。 对裂纹萌生 的研究一直 比较少 ， 近 年来也 有 一 定的工作 。 如 ， 对沸腾 中 的奥氏体不 锈钢 的研究表 明 ， 裂纹 只有 在 电势超 过 一 才 出现 ， 孕 育期与防 止扩展 应 甩

力，位错混乱或奥氏体稳定性无关。Shlyafirner研究了钢表面电化学性质对孕育期及 完全破坏的影响。在4340钢的S(,在预裂纹上的成核机理及奥氏体不锈钢裂纹萌生行 为与应力水平的关系上也有一定的工作。 另外，在研究SCC机理时，为简化复杂因素的千扰，不少人用单晶金属研究，如用 a-黄铜单晶(，)研究室温下氨气中的SCc行为。结果表明，在不足移 动位错的应力之下不产生SC。预成的滑移阶不影响$C的萌生。小裂纹是由于在屈服 应力以上的活化滑移面萌生的。Meletis在研究a黄铜，铜与304L奥氏体不锈钢的Scc 时，讨论了fc℃单晶上的Sc晶体学，认为是由于表面能减少而使裂纹沿最低表面能的 平面开裂，并认为这是所有fcc材料的SC机理.Shionof研究了单品与多晶a铝的K:一Y 图后，发现单晶体中几乎不是S(,多晶体高纯的A1,O,抗应力腐蚀性极好，而且似乎 多晶体抗SC(性极大地依赖于晶界上的玻璃休相。 在研究应力腐蚀问题时，电化学问题非常重要。文章中用到电化学的极多，专门研 究也不少，如Parkins等曾有许多工作。Ratych8研究了钢样在水中的裂尖电化学条 件；Hishida用于BWR高温纯水中并为此研制了参考电极及极化技术，观察到晶间开裂 电势与开裂有一定数学关系，并找到了一个临界电势。Dog用解析法描述了阳极溶解的 S(纹增长并提供了在加速浓溶液中的实验数据外推至稀的环境条件的基础。对于防止 敏感断裂上，Parkins认为，开裂是可以通过缓蚀剂和/或电化学控制的。它们有的是通 过增加膜的增长速率而干扰临界平衡，有的则通过减少氢对金属的侵蚀而减少了氢致开 裂的发生。Tseung.从电化学方面讨论了钢中疏Sc(的缓蚀方法。 对膜与裂尖的讨论对研究Sc机理无疑是重要的。Szklarska等讨论了不锈钢活化面 膜上的成核，裂纹成核中膜的性质与成份以及IGS℃与TGScC的成核机理。还用电化 学，ES:A、AES以及SIMS等方法对膜作了研究.Marichev.9i等讨论了局部溶解和HE 对结构合金SC的贡献，给出了一个裂尖上钝化膜氢渗透的一个定量概念。 3几种常见合金的SCC研究 3.1对奥氏体不锈钢研究已有几十年了。 开始是集中在含CI介质中的TG开裂，介质多用沸腾Mgcl2。由于认为这时的SCC 为TG型，故在说明断裂机理时，滑移阶溶解模型是有利的。近年米研究IGS(的加多。 它可以在敏化不锈钢上发生，特别是可以发生在高温水中。常用方法有恒负荷与SSRT CERT。恒负荷与：ERT结果几乎一致。然而在(ERT当Mg:1,更浓时(135°()，存在 一个远负于TGS3c和IGS:的电势区。Solomon研究了304不锈钢，不仅观察到了TGSCC 和IGSC,还发现了晶粒化断裂。他研究了这种断裂的应变速率及敏化程度，并对它的 出现提供了模式。 一般认为，奥氏体不锈钢在室温下的酸性I介质中放感于TGS×,在中性Na1中 则不开裂。但S℃依赖于pH和I~浓度的原因还不清楚。有人用U型试样在HzSO:+NaC1 溶液中开路电势下研究不同组分的范围，在纯HS04中没有出现S(。还有人研究了 109

力 ， 位错混乱或奥氏体稳定 性 无关 。 研究了钢表面电化学性质对孕育 期及 完全破坏的影响 。 在 钢的 ， 在预 裂纹上 的成核 机理及奥 氏体不锈钢 裂纹 萌生 行 为与应 力水平的关 系上也有一定 的工 作 。 另外 ， 在研究 机理时 ， 为简化复杂 因素的干扰 ， 不少 人用单 晶金属研 究 ， 如用 一 黄铜 单 晶 ， 研究室温下 氨气中的 行 为 。 结果表明 ， 在不足移 动位错的应力之下不 产生 。 预 成的滑移阶不 影响 止 的萌生 。 小裂纹是 由于 在屈 服 应力以上 的活化滑移面 萌生 的 。 在研究 黄铜 ， 铜 与 奥 氏 体不 锈 钢的 时 ， 讨论 了 单 晶上 的 二 晶体学 ， 认 为是 由于表面 能减少而 使裂纹沿最低 表 面 能 的 平面开 裂 ， 并认 为这是所有 材料 的 芙 机 理 。 。 研究 了单 晶与 多 晶 铝 的 一 图后 ， 发现单晶体 中几乎不 是 了 ， 多晶体 高纯 的 抗 应力腐蚀 性极好 ， 而 且 似乎 多晶体抗 性极大地依赖于 晶界上 的玻 璃 体 相 。 在研究 应力腐蚀 问题 时 ， 电化学问题非常 重 要 。 文章 中用 到 电化学 的极 多 ， 专 门研 究 也不少 ， 如 等 曾有许 多工作 。 “ 研究 了钢样在 水 中的裂尖 电 化 学条 件 用 于 高温纯 水 中并为此研 制 了参考 电极及极化技术 ， 观察到 晶间 开裂 电势与开裂有一定数学关 系 ， 并找 到 了一个临界 电势 。 用解析法描 述 了阳极溶解的 纹增长并提供 了在加 速浓溶液 中的实验数据外推至 稀 的环境条件的基础 。 对 于防止 敏 感断裂上 ， 认 为 ， 开 裂是可 以通 过缓蚀剂和 或电化学控制的 。 它们有的是通 过 增加膜 的增长速率而干扰临界平衡 ， 有 的则通 过减少氢对 金属 的侵蚀 而减少 了氢致开 裂的发 生 。 从电化学方面讨论 了钢 中硫 汉 的缓蚀方法 。 对膜与裂 尖 的讨 论 对研究 丁 机理无疑是重 要的 。 等讨论 了不锈钢活化面 膜上的 成核 ， 裂纹 成核中膜 的性质 与成份 以及 工 与 的 成 核机 理 。 还 用 电化 学 ， 、 以及 等方 法 对膜 作 了研究 。 一 等 讨论 了局 部溶解 和 对结构 合金 的贡献 ， 给 出了一个裂 尖上钝化膜氢渗透的一个定量概念 。 几种常见合金的 研究 。 对奥 氏体不锈钢研究已有几 年 了 。 开 始是集 中在含 一 介质中的 开 裂 ， 介质 多用 沸腾 。 由于认 为 这 时 的 为 型 ， 故在说 明断 裂机理时 ， 滑移 阶溶解模型是有 利 的 。 近 年来研究 义 的加 多 。 它 可以 在敏 化不锈钢上发生 ， 特别 是可以 发生 在 高温水 中 。 常 用 方法 有恒 负 荷 与 〔 。 恒 负荷与仁 结果几乎一致 。 然 而在 当 一 更 浓 时 “ 、 ， 存 在 一个远 负于 义 和 义 的 电势区 。 研究 了 不锈钢 ， 不仅 观察到 了 和 芙 ， 还发现 了 晶粒 化断 裂 。 他 研究 了这 种断 裂的应变速率及敏 化程度 ， 并对 它 的 出现提供 了模式 。 一般认 为 ， 奥 氏体不锈钢 在室温 下 的酸性 一 介质 中放 感于 仄 ， 在 中 性 以 中 则 不开裂 。 但 义 依赖于 和 、 一 浓 度 的原 因还 不清楚 。 有 人用 型试 样 在 、 溶 液 中开路 电势下 研究不 同组 分的范 围 ， 在纯 ‘ 中没有 出 现 ‘ 还 有 人 研 究 了

AiSI304在HC1溶液中的C1-浓度范围，发现在0.1~1.0M内，于腐蚀电势下发生开裂。 在更低浓度下则发生点蚀而在浓度大于M时出现不均匀全面腐蚀，也不开裂。还有人认 为304在酸性CI~介质中的SCC是在无膜金属表面上发生的。然而Galvels与等的工作表明， AISI304在1MHC1中并不表现活化金属行为，在腐蚀电势附近有一层有一定保护性的腐 蚀产物膜。在HzSO4+NaCl中Galvele也发现有类似的现象。 Maier等将实验扩展到不同HCl+NaCl溶液室温下AISI304钢的行为，电势范围从 腐蚀电势直至点蚀电势。在奥氏体不锈钢304上发现有四种不同阳极反应，即(1)、与电势 有关的阳极溶解反应，但它不是活化溶解，因为这里有膜的形成过程；(2)、发生在塑性 形变过程中的阳极反应，它可能是滑移位错引起的活化和保持的高度局部溶解，现在的工 作表明它在快速应变速率实验中发生在滑移阶上，在SCC中则发生在裂纹底部，这里前 、后者分别用s与b测量，一般b>s,而大十倍以上才可观察到裂纹；(3)、阳极钝化， 使s与b均下降，(4)、点蚀。可能是表面上盐膜生长过程的结果。如减少裂纹扩展速 率，就千扰SCC过程的发展。HC1+NaCI中H+浓度减少使ib下降，但is下降更多，故ib/ is很高。所以HCI中加人Na、I使敏感区增加。 对于氧含量与SCC的关系，裂纹可以随氧温度与压力的上升而加快。Ruther认为， 氧含量在0.05~0.2ppm时，304不锈钢有较高的IGSCC敏性。对N、P的有害作用早已熟 知。Shapiro.指出，加N可增加屈服强度，但促进了拉伸试样的SCC。在弯曲实验中N的 作用更直接。在N量较低时，位错是平均分布的；而当N量较高时(0.24%)位错则成堆。 卤素对SCC的作用也很大。在低温水中发现有害作用为硫代硫酸盐>F->CI。CI要在 应力存在下才产生裂纹。许多管材、焊口的失效也由于C1的作用，但氧量是C介质中 SCC敏感性的主要决定因素。 Alvarez认为奥氏体AISI304钢在S04/CI-与CI~介质中的IGSCC的控制步为阳极溶 解反应。Meyburg工作表明，常温下SO4ˉ/C1~中的SCC开裂电势区有两个，即阴极极化 区与钝化区，它们开裂的形貌不同。钝化区主要为SCC,而阴极极化区则为HE。在高温 时(290°C)敏化条件下的开裂临界电势与CI、S04浓度无关，因为它们的作用分别 把电势移向相反的两个方向。C1减少钝化速率，而S04增加之，因而也就控制了开裂 电势。虽然在HC1+NaC1中由于强烈均匀腐蚀可不发生SCC,但实际上不仅在此体系中 可发生SCC,在0.3~1.0MHC1中也可开裂。 Hz的加人可能有助于防止开裂。Indig指出Hz注入可使O,量下降，从而导致腐蚀电 势的下降。当注入率高时，AISI304的腐蚀电势可以降到发生IGSCC电势之下。Ruthe, 也得到了类似结果。硼酸水溶液对奥氏304钢的SCC作用也是肯定的。Theuo发现存 在硼酸盐时，焊热区有显著高的腐蚀开裂敏感性。而无硼酸污染时则无此敏惑性。 Tsuge.与纯水对照发现，1500pPmH:B0,可使IGSCC加速，这是由于爾酸盐正离子进入 裂纹使纹中pH下降导致的IGSCC 热浓MgC12是研究奥氏体不锈钢SCC行为的常用方法之一。随温度上升（浓度增加） 敏惑性上升。在较高温度时(143°C42%),自腐蚀电势在点蚀区，开裂在微点蚀上 发生，而且为TG。而当温度低时(130°C一38%，120°C一30%)，电势处于不稳定钝 化区，裂纹由于点蚀的增长而发生，开裂以IG为主。Yagasakii认为在42%MgCl2中，应 110

在 溶液中的 一 浓度范围 ， 发现在 内 ， 于腐蚀 电势下 发生 开裂 。 在更低浓度 下则发生 点蚀而在浓度大 于 时出现 不 均匀全面腐蚀 ， 也 不开裂 。 还有 人认 为 在酸性 一 介质 中的 是在无膜 金属 表面 上 发生 的 。 然而 ，等的工作表明 ， 在 中并不表现活化金属行为 ， 在腐蚀 电势附近有一层有一 定保护性 的腐 蚀 产物膜 。 在 中 也发现有类似 的现象 。 等将实验扩展 到不同 溶液室温下 钢 的 行 为 ， 电势范 围从 腐蚀 电势直至 点蚀 电势 。 在奥氏体不锈钢 上 发现有四 种不 同阳极反应 ， 即 、 与电势 有关 的阳极溶解反 应 ， 但它 不是活化溶解 ， 因 为这里 有膜 的形 成过程 ， 、 发生在塑性 形 变过程 中的 阳极反 应 ， 它 可能是滑移位错引起的活化和保持的高度局部溶解 ， 现在的工 作表 明它在快速应变速率实验 中发生在滑移阶上 ， 在 中则发生在裂纹底部 ， 这 里前 、 后 者分别 用 与 测量 ， 一般 ， 而 大十倍以 上才 可观察到裂纹， 、 阳 极钝化 ， 使 与 均下降 、 点蚀 。 可能是 表面上盐 膜 生长过程 的结果 。 如减 少 裂 纹扩 展速 率 ， 就 干扰 过 程 的发展 。 中 十浓 度减 少使 下降 ， 但 下降更 多 ， 故 很 高 。 所以 中加 人 、 使敏 感 区增加 。 对 于氧 含量 与 的关 系 ， 裂纹 可以随氧温度 与压 力的上 升而加 快 。 认 为 ， 氧含量在 。 时 ， 不锈钢有较 高的 敏性 。 对 、 的有害作用 早 已熟 知 。 。 指出 ， 加 可增加 屈服强度 ， 但促进 了拉伸试样的 。 在 弯曲实验 中 的 作 用 更直接 。 在 量较低时 ， 位错是平 均分布的 而 当 量较 高时 位错则成堆 。 卤素对 的作用也很 大 。 在低温水 中发现有害作用 为 硫 代硫 酸盐 一 一 。 一 要 在 应力存在 下才产生 裂纹 。 许 多管材 、 焊 口 的 失效 也 由于 一 的作用 ， 但 氧量 是 一 介质中 敏 感性 的主要决定 因素 。 盛奥 认 为奥 氏体 钢 在 一 与 一 介质 中的 的控制步为 阳 极溶 解反 应 。 “ 工作表 明 ， 常 温 下 一 中的 开 裂 电势 区有 两个 ， 即 阴 极极 化 区与钝 化区 ， 它 们 开裂 的形貌 不 同 。 钝化 区主 要 为 ， 而 阴极极化 区则为 。 在高温 时 ’ 敏 化条件下 的开裂临界 电势与 一 、 七 浓度无关 ， 因 为它们 的 作 用分别 把 电势移 向相 反 的两个方 向 。 一 减少钝化速率 ， 而 二 增加 之 ， 因而也就控 制 了开 裂 电势 。 虽然 在 中由于强烈 均匀腐蚀可 不发生 ， 但实际 上 不仅在 此 体系中 可发生 ， 在 中也可开 裂 。 的加 入 可能有助 于 防 止开 裂 。 馆指出 注 人可使。 量 下降 ， 从而导致腐蚀 电 势的下降 。 当注 入率高时 ， 的腐蚀 电势可 以降 到发生 电势之 下 。 也得 到 了类似结果 。 硼 酸 水 溶 液对 奥氏 钢 的 作用 也是 肯 定 的 。 。 发 现存 在 硼 酸盐 时 ， 焊 热 区有显著高的 腐蚀开 裂敏 感性 。 而无 硼酸污 染 时 则 无 此 敏 感 性 。 与纯 水 对照 发现 ， 。 可使 加 速 ， 这是 由于硼 酸盐正离子进入 裂纹使纹 中 下降导致 的 热浓 是研 究 奥氏体不锈钢 行 为的常用方法之一 。 随温 度上 升 浓度增加 敏感性上升 。 在较 高温度时 ， 自腐蚀 电 势 在点 蚀 区 ， 开裂在 微 点蚀上 发生 ， 而且 为 。 而 当温度 低 时 。 ’ 一 ， 一 ， 电势处于不 稳定钝 化 区 ， 裂纹 由于点蚀的增 长而发 生 ， 开 裂 以 为主 。 认 为 在 中 ， 应

力较大时IG开裂由三重晶界开始。面当应力水平下降时，开裂变为TG。褚武杨等认为 奥氏体不锈钢在沸MgC12中氢不起主要作用。认为奥氏体不锈钢氢致开裂机理应当是通 过应力诱导扩散，氢宫集在裂尖上形成原子气团，其内压协助外压、产生塑性形变，使表 观屈服应力明显下降，从而在较低的K:就会产生与时间有关的塑性形变，发展到临界状态 就引起裂纹的产生与发展。因此当K1sc>K:>K时。即使严重充氢也不会产生氢滞 后断裂，但却可产生S?。 敏化处理条件也对奥氏体不锈钢有显著作用。Poznansky在620~820°C不同敏化条 件下的研究表明，只要晶界上无碳化铭出现，就有TGS(现象。而一经形成碳化铬，便 对IGSCC敏感。这同时还对应临界电势下降几毫伏。因而碳化铭在晶界的浓度是决定 IGSc开始的电势以及钝化膜开裂发生的电势。Schmidt还指出在低温徽化后(385~ 500°)，低氧高纯水中产生IGS(敏性；而在360°以下敏化则无比放性。在模拟焊接 方式加热后敏性的上升是由碳化物成核，碳粒增大使周围出现贫区。 3,2在低合金钢中，内部次生裂纹萌生比较常见的 它常与微结构有关。与开裂有关的有氧、硫，氮等化合物。在对4130钢硫化物观察 时，发现内部不均匀与酸性服役钢内S×有关。这种不均匀包括硫化物，F一O化物， Ti一N化物等。Mn的偏析区也是内部裂纹的萌生区。开裂机理为HE。对300M钢的SCC 行为，不同热处理条件下KIscc-与马氏体结构、K1c和得到的奥氏体量有关。先期奥氏 体粒大小影响最大。裂纹增长速率直接与先期奥氏体粒大小有关。奥氏体粒大则K增 加。在环境条件上，较高温度时溶解的氧的作用较大，低温时作用则较小。在淬火后经 600~200°（回火后，HzS介质比Na、1介质的开裂倾象更大。然而Berkowitz在对AISI4130 硫应力腐蚀研究中的氢作用寻找直接证据时，发现HzS不直接涉及低合金钢的SCC。但 ①、增加铁的溶解速率，②、增加吸附氢的相对量。认为铁溶解只起析出氢的驱动力， 不直接参加脆性过程。在42D2钢中发现，高Mo加V,T后抗硫性能最好。致密的沉积 是氢的阱，由于捕获氢而抑制了脆性。 3.3铝合金特别是高强铝合金是现在比较重要的一类材料。 在酸性NaCl中Al一Zn一Mg合金的Sc是由晶界电化学溶解开始，由力学过程扩 展。不同的应力则开裂方式也不同。在高弯曲应力下，裂纹由点蚀开始，发生在三个相 邻晶界上。在低弯曲应力下，裂纹起始于径向晶界腐蚀溶解。在扭应力下，裂纹由晶界 腐蚀开始或从径向滑移溶解开始。Schmiedel在研究了晶界上Zn、Mg和u浓度与SC敏 性的关系时，认为u与Mg对应力腐蚀无影响，而Z由于可以把氢带到品界上而有负作 用。晶界上Zn的偏析是Sc高度敏惑的原因。Rippstein则认为由于Cr、tu、∠n的加入 形成纤维状结构而阻止了再结晶与SCC。Cu、Fe、Ni,Zr或Fe+Si的加入可以减慢裂纹 的扩展。在电化学方面，在酸性Na1溶液中对阳极极化的研究，由表观活化能说明是氢 致变脆机理。开裂的速度随电势而改变，而这种t随电势的变化再次说明是HE机理。 老化时间t:与结果的依赖关系表明S,(行为主要由晶格沉积控制，Gruihl在提出的模型中 也涉及了由表面化学反应形成的氢在品格上附着而导致强度下降。Bhat的研究表明，将 Ti加人A1一Cu合金中可增加抗S..性，而在A1一Zn合金中加入Ti则有害。 对AA2017铝合金则有不同的看法。IZ认为造成腐独的差别是m内与界的点蚀 111

力较大时 并裂由三 重 晶界开始 。 而 当应力水平卞降时 ， 并裂 变为 。 褚武 杨 等认为 奥氏体不锈钢在 沸 中氢不起主要 作用 。 认 为奥氏体 不锈钢氢致 开裂机理应 当 是通 过应力诱 导扩 散 ， 氢富集在裂尖上 形 成原子气 团 ， 其 内压协 助外压 、 产生塑性形 变 ， 使表 观屈 服应力 明显下降 ， 从而 在较低 的 ，就会 产生 与时 间有关 的塑性 形 变 ， 发展 到 临界状态 就引起 裂纹 的产生 与发展 。 因此 当 ，、 ， ， 时 。 即使严重充氢 也不会 产 生 氢 滞 后断裂 ， 但却可产生 。 敏 化处理条件也 对 奥氏体 不锈钢 有显著作用 。 在 ’ 不 同敏化条 件下 的研究表 明 ， 只要 晶界上 无碳 化铬 出现 ， 就有 二 现象 。 而 一经 形 成碳 化铬 ， 便 对 敏感 。 这同 时还对 应临界 电势下降几毫 伏 。 因而碳 化 铬在 晶界的 浓 度 是 决定 工开始的电势以及钝化膜 开裂发生 的 电势 。 还指 出 在 低 温敏化后 。 ， 低氧高纯 水 中产生 人 敏性 而 在 。 。 之以下 敏 化则无 比敏性 。 在模拟焊接 方式加 热后敏 性 的上升是 由碳 化物 成核 ， 碳粒 增大 使周 围 出现 贫 区 。 在 低合金钢 中 ， 内部次生裂 纹萌生 比较 常见 的 它常 与微结构有关 。 与开裂有关的 有氧 、 硫 ， 氮等化合物 。 在对 钢 硫化物观察 时 ， 发现 内部不 均匀与酸性 服役钢 内 成 有关 。 这 种 不 均匀包 括 硫 化物 ， 一 化物 ， 一 化物等 。 的偏析 区也 是 内部裂纹 的萌生 区 。 开裂 机 理为 。 对 钢 的 行 为 ， 不 同热 处理条件下 与马 氏体结构 、 ， 和得 到 的奥氏体量有 关 。 先 期 奥 氏 体粒 大小 影响最大 。 裂纹增长速率直 接与先期奥氏体粒大小有关 。 奥氏体 粒大 则 增 加 。 在环境 条件上 ， 较 高温度 时溶解 的氧的作用较大 ， 低温 时作用 则较小 。 在淬火 后经 。 、 回火 后 ， 介质 比 、 介质 的开裂倾象更大 。 然 而 在对 硫应 力腐蚀研究 中的氢 作用 寻找直接证据 时 ， 发 现 不直 接涉及低 合金 钢 的 。 但 ① 、 增加 铁 的溶解速率 ② 、 增加 吸附氢 的相对 量 。 认 为铁溶解 只起析出氢 的驱动力 ， 不直接参加脆 性 过程 。 在 钢 中发现 ， 高 动口 ， 后抗硫性能最好 。 致密的 沉积 是氢 的阱 ， 由于捕获 氢而抑制 了脆 性 。 铝合金特别 是 高强铝 合金是现在 比较重要 的 一 类材料 。 在酸性 中 一 一 合金 的 工是 由晶界 电化学溶解开 始 ， 由 力 学 过 程扩 展 。 不 同的应力 则开裂方 式也 不 同 。 在高弯 曲应力 下 ， 裂纹 由点蚀 开始 ， 发 生在三个相 邻 晶界上 。 在低 弯 曲应力 下 ， 裂纹起始 于径 向晶界腐蚀溶解 。 在扭 应力 一 ， 裂纹 由晶界 腐蚀 开始 或从径 向滑移溶解 开始 。 。 在研究 了晶界上 、 和 浓 度与 敏 性的关 系时 ， 认 为 与 对应力腐蚀 无影 响 ， 而 由 于可以把氢带 到 品界上 而 有 负作 用 。 晶界上 的偏 析是 义 高度 敏感的 原 因 。 则认 为 由于 、 、 的 加入 形 成纤 维状结构 而 阻 止 了再 结 晶与 。 、 、 ， 或 的加 入 可 以减慢裂纹 的扩展 。 在 电化学方面 ， 在酸性 溶 液 中对 阳极 极化 的研究 ， 由表观 活 化能说 明是氢 致 变脆 机理 。 开裂 的速度 随 电势而 改变 ， 而这 种 随 电势的变化再 次说 明是 机 理 。 老化时间 与结果 的依赖关 系表 明 行 为主要 由 晶格沉 积 控制 。 在 提 出的模型 中 也涉及了由表面 化学反 应形 成 的氢在 晶格上附着而导致 强 度 下降 。 的研究表 明 ， 将 加 人 一 合金 中可增加抗 ， 、 性 ， 而 在 一 合 金 中加 入 则有 害 。 对 铝合金则有 不 同的看法 。 认 为造成腐蚀 的差别 是 盯 内与 ， ， 异 的 点蚀