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金属应力腐蚀试验

金属应力腐蚀试验：科学评估与防护策略一、什么是金属应力腐蚀试验？金属应力腐蚀试验是通过模拟实际应力（拉应力）与腐蚀介质（如Cl⁻、H₂S、氨气等）共同作用的环

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金属应力腐蚀试验

一、概述

金属应力腐蚀试验是评估金属材料在拉应力（残余或外加）与特定腐蚀介质协同作用下发生延迟断裂（应力腐蚀开裂，SCC）风险的检测方法。其原理是：拉应力促使金属表面滑移带形成，介质（如含Cl⁻溶液、高温高压水、H₂S气体）沿滑移带侵入，破坏钝化膜并引发裂纹萌生，裂纹在应力与腐蚀共同作用下亚稳态扩展，最终导致断裂。试验分为恒载荷法、慢应变速率法（SSRT）、U型弯曲法等，适用于化工设备（如管道、反应器）、航空航天部件（如钛合金紧固件）、海洋工程结构（如平台钢）等存在应力-介质耦合风险的场景，为材料选型、工艺优化（如去应力退火）及寿命预测提供依据。

二、测试目的

敏感性量化：测定材料在特定介质中的应力腐蚀断裂时间（如“1000小时不断裂”）、裂纹扩展速率，评估风险等级。
敏感组合识别：确定材料-介质-应力三元体系的敏感性（如奥氏体不锈钢在含Cl⁻高温水中易SCC）。
防护措施验证：评估缓蚀剂、表面改性（如渗氮）、热处理（如固溶处理）对SCC的抑制效果（如断裂时间延长≥50%为有效）。
产品设计支撑：指导应力控制（如降低残余应力）、介质隔离（如涂层防护）及选材（如用镍基合金替代碳钢）。

三、检测项目

试验方法执行：
- 恒载荷法：施加恒定拉应力（如80%屈服强度），记录断裂时间；
- 慢应变速率法（SSRT）：以10⁻⁶~10⁻⁷ s⁻¹速率拉伸，对比空气与介质中力学性能（断面收缩率下降≥50%表明SCC敏感）；
- U型弯曲法：将试样弯成U型（保留残余应力），浸入介质观察裂纹萌生。
裂纹与断口分析：
- 体视显微镜（50~200倍）观察裂纹萌生位置（如晶界、夹杂物）、扩展路径（穿晶/沿晶）；
- SEM分析断口形貌（如解理台阶、腐蚀产物附着），EDS鉴定介质元素（如Cl⁻、S²⁻）分布。
电化学辅助测试：极化曲线（Tafel外推法求腐蚀电流密度）、EIS（分析界面反应阻力），揭示腐蚀-应力耦合机理。

四、检测标准

核心标准：GB/T 15970.1~7（金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验系列）、ASTM G36（沸腾MgCl₂溶液中不锈钢SCC试验）、ISO 7539（应力腐蚀试验通用方法）；
材料专项：GB/T 4157（石油裂化用钢SCC试验）、ASTM G44（铝合金在3.5% NaCl中的SCC试验）；
试验条件：介质（如42% MgCl₂溶液、含H₂S天然气）、温度（如沸腾状态）、应力水平（如0.5~0.9倍屈服强度）。

五、检测报告

报告需包含：试验依据（标准编号及条款）、条件（介质成分、应力类型/水平、温度）、样品信息（材质牌号、热处理状态）、数据（断裂时间、SSRT断面收缩率对比、裂纹照片、SEM-EDS谱图）、结论（SCC敏感性等级、失效模式如“沿晶裂纹扩展”）。

六、选择检测机构注意事项

资质覆盖：具备CNAS/CMA认可资质，认可范围含GB/T 15970、ASTM G36等标准。
设备精度：应力加载系统（精度±1%FS）、高温高压环境箱（控温±1℃、控压±0.1MPa）、SEM（分辨率≤1nm）。
技术能力：团队熟悉SCC机理（如滑移-溶解-断裂三阶段），能解析复杂断口（如混合断裂模式）。
数据可靠性：原始记录含应力校准证书、介质纯度检测报告，符合ISO/IEC 17025。

注：试验前需明确实际工况（如应力来源、介质成分），优先选择与实际耦合条件匹配的试验方法（如高温高压水用恒载荷法），避免数据失真。

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