應(yīng)力腐蝕的定義

應(yīng)力腐蝕是金屬材料在腐蝕性介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的一種破壞形式。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，腐蝕和應(yīng)力這兩個因素相互促進(jìn)的，一方面腐蝕使金屬的有效截面積減小和表面上形成缺口，產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果是晶間腐蝕，則會使金屬晶粒之間的結(jié)合力降低;另一方面，應(yīng)力加速了腐蝕的進(jìn)展，使表面缺口向更深處(或沿晶間)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

壓力容器的應(yīng)力腐蝕

在應(yīng)力腐蝕中，如果應(yīng)力是交變的拉伸應(yīng)力，這種腐蝕叫做疲勞腐蝕。在疲勞腐蝕過程中，首先也是在表面形成腐蝕缺口引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋的策源點。在交變拉伸應(yīng)力的作用下，被破壞的保護(hù)膜無法再恢復(fù)，沉積在腐蝕坑底部的始終是處在活性狀態(tài)且構(gòu)成腐蝕電池的陽極。這樣在腐蝕與交變應(yīng)力的共同作用下，裂紋不斷擴(kuò)散直至金屬材料最后斷裂。

壓力容器的腐蝕破裂都是應(yīng)力腐蝕，因為壓力容器一般都承受較大的拉伸應(yīng)力，而它的結(jié)構(gòu)也常常難以避免地有程度不同的應(yīng)力集中處，如設(shè)備的開孔、焊縫等，且容器的工作介質(zhì)又常常是帶腐蝕性的。

幾種常見氣體中化學(xué)物質(zhì)的應(yīng)力腐蝕

1、液氨對鋼制容器的應(yīng)力腐蝕

液氨的儲存和運輸大部分用碳鋼或低合金鋼制壓力容器。近年來國內(nèi)外多次發(fā)生液氨儲罐破裂爆炸事故，事故分析表明，很多是由于應(yīng)力腐蝕造成的。另外，對未發(fā)生事故的液氨球罐進(jìn)行檢查，相繼發(fā)現(xiàn)了程度不同的數(shù)量很多的裂紋，這些裂紋大都分布在長期處于液面下部的南極板與下溫帶組焊的周向焊縫上。

一般情況下，無水液氨只對鋼產(chǎn)生很輕微的均勻腐蝕。但液氨儲罐在充裝、排料及檢修過程中，容易受空氣的污染，空氣中的氧和二氧化碳則促進(jìn)氨對鋼的腐蝕。

反應(yīng)中的氨基甲酸氨對碳鋼有強(qiáng)烈的腐蝕作用，使鋼材表面的鈍化膜產(chǎn)生破裂，并在此產(chǎn)生陽極型腐蝕。由于焊縫處殘余應(yīng)力較高，所以應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重。

許多資料表明，液氨球罐所用的鋼材強(qiáng)度越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大。此外，容器的工作溫度愈高、液氨中氧含量越高，其應(yīng)力腐蝕也越嚴(yán)重。

保護(hù)措施

1.焊接時，采取措施盡量消除殘余應(yīng)力。冷壓封頭必須經(jīng)過熱處理;

2.盡可能用低溫用鋼的低碳鋼來焊制液氨儲罐;

3.盡量保持較低的工作溫度;

4.減少空氣污染。

2、熱堿溶液對鋼制容器的應(yīng)力腐蝕

在較高溫度和一定濃度的氫氧化鈉溶液的 特定環(huán)境下，熱堿溶液會對碳鋼或合金鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，這種現(xiàn)象俗稱堿脆或苛性堿脆化。

一般主要是碳鋼在高溫下與水蒸氣產(chǎn)生,在這個反應(yīng)中，氫氧化鈉起著催化作用。

反應(yīng)生成的Fe3O4覆蓋在鋼的表面，形成一層保護(hù)膜。但可能由于過高的局部拉伸應(yīng)力會使局部區(qū)域的保護(hù)膜遭到破壞;也可能由于氫氧化鈉在表面富集使Fe3O4被溶解;或由于這兩種情況的聯(lián)合作用，在金屬表面形成最初的腐蝕裂紋，氫氧化鈉富集在裂紋中，形成電化學(xué)腐蝕。裂紋的尖端區(qū)域成為陽極，而裂紋周圍的保護(hù)層成為陰極，再加上拉伸應(yīng)力的作用，使裂紋迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

鋼的堿脆一般要同時具備3個條件，即高溫、高濃度堿和拉伸應(yīng)力。有人通過試驗指出，濃度為10%的氫氧化鈉溶液可以引起堿脆，而5%的濃度則不能。但在壓力容器和鍋爐中，局部地方常發(fā)生氫氧化鈉的富集現(xiàn)象，如鹽的沉積物或高溫下水分的蒸發(fā)，都會使局部的堿濃度增大。

堿脆常常發(fā)生在鍋爐的承壓部件中，鍋爐用水經(jīng)過處理后有可能含有過剩的堿，在局部地方如沉積物或多孔的氧化皮下面，鉚接或焊縫處，法蘭連接處等，容易使堿濃度增大，加上不均勻的拉伸應(yīng)力，使鍋爐發(fā)生堿脆破裂。

3、一氧化碳等引起的應(yīng)力腐蝕

近年來，國內(nèi)外發(fā)生過多起一氧化碳和二氧化碳混合氣的容器(氣瓶)爆炸事故，這也是由應(yīng)力腐蝕而引起的腐蝕。

一氧化碳在通常情況下，被鐵吸收后，會在金屬表面形成一層保護(hù)膜，但在工業(yè)應(yīng)用的一氧化碳中會含有二氧化碳和水分。由于容器或氣瓶反復(fù)多次充氣，器壁上的交變應(yīng)力，使這層保護(hù)層局部遭到破壞，從而會加速濕性二氧化碳對容器的腐蝕。

4、硫化氫等引起的應(yīng)力腐蝕

在以原油、天然氣或煤為原料的煉油、石油化工及煤氣工業(yè)設(shè)備中，硫化氫的腐蝕是比較普遍的問題，其中尤以濕硫化氫對碳鋼及低合金鋼的應(yīng)力腐蝕最值的注意。

關(guān)于硫化氯應(yīng)力腐蝕的機(jī)理還不十分清楚，有文獻(xiàn)認(rèn)為，濕的硫化氫與鐵元素產(chǎn)生如下反應(yīng)：產(chǎn)生的氫原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散、聚集、使金屬變脆，在氫的作用下形成鼓泡和裂紋。在應(yīng)力因素方面，主要是焊接的殘余應(yīng)力。