在海洋大氣腐蝕環(huán)境中,除發(fā)生均勻腐蝕外,還存在各種局部腐蝕,如電偶腐蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕以及應(yīng)力腐蝕等。其中,應(yīng)力腐蝕是事先沒(méi)有明顯預(yù)兆而突然發(fā)生的脆性斷裂,是破壞性和危害性極大的一種腐蝕形式。下面將從概念、特征、影響因素、機(jī)理、研究方法以及控制方法等方面詳細(xì)介紹應(yīng)力腐蝕。
應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在應(yīng)力和環(huán)境聯(lián)合作用下往往使金屬力學(xué)性能下降,比單個(gè)因素分別作用后再疊加起來(lái)要嚴(yán)重得多。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂并不是一個(gè)新問(wèn)題。然而,人們有意識(shí)地注意和重視應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂只是始于工業(yè)突飛猛進(jìn)的19世紀(jì)下半葉。當(dāng)時(shí)由于沖壓黃銅彈殼的廣泛使用,在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生了嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。1886年,人們發(fā)現(xiàn)含銀和銅的冷拉合金絲在FeCl3溶液中具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。19世紀(jì)末,出現(xiàn)了蒸汽機(jī)車鉚接鍋爐的堿脆問(wèn)題。20世紀(jì)20年代初,人們發(fā)現(xiàn)鋁合金在潮濕大氣中也發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。1930年,鎂合金軍用飛機(jī)在潮濕大氣中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。美國(guó)路易斯安那州輸氣管線和阿拉伯東部阿卜凱克油田管線,分別于1965年和1977年發(fā)生油氣泄露事件,在大火中喪生多人,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。事后經(jīng)過(guò)事故分析,都是由于輸油管道外側(cè)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起的。我國(guó)的油氣管線也發(fā)生過(guò)類似的事故,1968年威遠(yuǎn)至成都的輸氣管線發(fā)生泄露爆炸,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的人員傷亡。
金屬材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是一個(gè)很重要的實(shí)際問(wèn)題。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂占不銹鋼材料腐蝕破壞的20%以上,而海洋環(huán)境中含有大量氯離子,當(dāng)不銹鋼材料應(yīng)用于海洋這種苛刻的腐蝕環(huán)境中時(shí),應(yīng)力和氯離子聯(lián)合作用使不銹鋼材料的力學(xué)性能下降往往比單個(gè)因素分別作用后再疊加起來(lái)的效果要嚴(yán)重得多,因?yàn)楹Q蟾g環(huán)境和應(yīng)力的協(xié)同作用可以相互促進(jìn),加速材料的破壞。不銹鋼材料在酸性含氯離子環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是科研工作者的重要研究方向。較常遇到的而又研究較多的是奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題。目前,在研究裂紋尖端化學(xué)和電化學(xué)狀態(tài)、應(yīng)力強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)系、氫在裂紋擴(kuò)展中的地位、應(yīng)力和應(yīng)變速率的作用等方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展??蒲泄ぷ髡邆兲岢隽硕喾N不同的機(jī)理來(lái)解釋應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象,但迄今尚無(wú)公認(rèn)的統(tǒng)一機(jī)理。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,造成裂紋的原因和裂紋擴(kuò)展過(guò)程在不同條件下也是不同的,所以很多時(shí)候不能只用一種理論來(lái)解釋。由于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是一個(gè)與腐蝕有關(guān)的過(guò)程,其機(jī)理必然與腐蝕過(guò)程中發(fā)生的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)有關(guān),因此應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理主要可以分為兩大類:陽(yáng)極溶解型機(jī)理和氫致開(kāi)裂型機(jī)理,以及在這兩類機(jī)理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的表面膜破裂理論、活性通道理論、應(yīng)力吸附開(kāi)裂理論、腐蝕產(chǎn)物楔入理論、閉塞電池理論等。