10.5.1.1 应力腐蚀断裂特点
金属材料在应力和介质腐蚀同时作用下所产生的破坏为应力腐蚀断裂。由于应力腐蚀断裂常常在材料屈服强度以下发生，属于低应力脆性断裂，故其危害极大。应力包括外加应力和热处理、焊接及其他加工过程中存在的残余内应力。应力腐蚀破坏有以下特点。
（1）纯金属一般不发生应力腐蚀断裂，只有合金才发生应力腐蚀断裂，因此材料成分、组织状态、热处理等对应力腐蚀有很大影响。
（2）合金在特定介质中才发生应力腐蚀断裂，表10-24列举了一些金属材料易产生应力腐蚀断裂的介质。
（3）应力腐蚀断裂一般是在拉应力下发生的，存在压应力时也可能产生应力腐蚀断裂，但是引起应力腐蚀断裂的孕育期比拉应力大1～2个数量级，裂纹扩展速率（da/dt）也缓慢。
（4）应力腐蚀的宏观裂纹垂直于应力方向，微观裂纹尖端呈现许多分枝，断口形貌可能是穿晶型、沿晶型和混合型。
表10-24 一些金属材料易产生应力腐蚀破断的介质
10.5.1.2 影响因素
1.环境介质的影响
（1）温度影响。温度对应力腐蚀的影响较复杂，一般而言，温度越高越容易产生应力腐蚀。当然各种“材料-介质”体系的温度影响各异，例如“碳钢-NO-3”、“黄铜-NH3”等在室温时就可能产生应力腐蚀。奥氏体不锈钢在含Cl-水中，当温度低于90℃时，很长时间内不产生应力腐蚀。“碳钢-NaOH”体系中NaOH含量越高，临界破断温度越低。
（2）介质浓度影响。浓度影响很复杂，碳钢发生碱脆时OH-含量越高，应力腐蚀破坏的敏感性越大。奥氏体不锈钢在含Cl-溶液中，即使含Cl-达到万分之几时也发生应力腐蚀。有些介质中含少量杂质（例如H2S、NH3等）就能促进应力腐蚀。
（3）pH值的影响。一般情况下，pH值降低，应力腐蚀敏感性增大。
2.材料成分、组织结构与热处理的影响
（1）成分影响。特定成分的合金在特定介质中才能发生应力腐蚀断裂。碳钢中碳含量对应力腐蚀有影响，碳含量越低越不易产生应力腐蚀，当w（C）＜0.001%时，钢不发生应力腐蚀。但是当碳化物在铁素体晶界上分布时，易引起溶解，降低应力腐蚀断裂抗力。
钢中合金元素的影响仅对某一介质，而不是对所有介质，例如Mo加入铁素体中能提高钢在“CO2-3-HCO-3”介质中应力腐蚀抗力，而在OH-或EO-3溶液中反而促进应力腐蚀。
（2）组织结构影响。碳钢的冷变形度越大，越耐应力腐蚀。铁素体-奥氏体双相不锈钢对含Cl-溶液有较高的耐应力腐蚀能力。一般而言，体心立方点阵比面心立方点阵不锈钢更耐应力腐蚀。铝-铜合金中θ相（CuAl2）降低应力腐蚀抗力。钢中马氏体比贝氏体组织对应力腐蚀敏感，材料强度越高，应力腐蚀敏感性越大。
（3）热处理的影响。热处理改变了材料的组织与性能，因此也影响应力腐蚀断裂。碳钢从920℃淬火时，淬水比淬油更易产生应力腐蚀。淬火钢经高温回火可减轻应力腐蚀敏感性。w（C）为0.26%的钢淬火后经300℃以上回火时，在沸腾的Ca（NO3）2+NH4NO3溶液中的应力腐蚀敏感性与回火温度的关系如图10-31所示。但也有不同的试验结果，认为700℃回火时抗应力腐蚀性能突然降低至原始点。
10.5.1.3 应力腐蚀试验方法
应力腐蚀试验方法很多，有恒应变法、恒载荷法、慢应变速率法及断裂力学法等，应根据不同的试验目的分别选用。可参阅国标GB/T 15970.1—1995。
图10-31 w（C）为0.26%钢淬火后回火温度对应力腐蚀敏感性的影响
1.应力腐蚀试验目的 比较材料抗应力腐蚀能力；测定材料应力腐蚀临界应力（σSCC）或临界应力强度因子（KHSCC）；测定材料应力腐蚀裂纹扩展速率
，预测寿命；测定发生应力腐蚀的电位范围；测定加缓蚀剂的作用等。
2.恒应变法
（1）弯曲加载法。其中包括二点弯曲、三点弯曲、四点弯曲及双臂加载法，如图10-32所示。三点
图10-32 几种弯曲加载方法示意图
a）二点弯曲加载法 b）三点弯曲加载法 c）四点弯曲加载法 d）双臂加载法
弯曲加载试样顶端最大应力（σmax）用下式计算（参阅国标GB/T 15970.2—2000）：
式中 E——材料弹性模量（GPa）；
t——试样厚度（mm）；
y——试样最大挠度（mm）；
L——支点间距离（mm）。
（2）U形弯曲加载法。将板状试样弯成180°或接近180°，参阅国标GB/T 15970.3—1995，其应变量（e）为
式中 t——试样厚度（mm）；
R——U形试样弯曲半径（mm），如图10-33所示。
图10-33 U形弯曲加载试样示意图
（3）C形环弯曲加载法。试样的周向应力（σc）与横向应力（σt）如下式，加载方式如图10-34所示。参阅国标GB/T 15970.5—1998。
图10-34 C形环弯曲加载示意图
式中 ν——泊松比；
ec——试样周向应变；(www.xing528.com)
et——试样的横向应变。
3.恒载荷法 将试样浸泡在腐蚀介质中，加固定载荷，测定材料应力腐蚀敏感性。所谓恒应力是指裂纹产生前试样承受的载荷是固定的，裂纹产生后应力发生变化。加载方法可用砝码、力矩或弹簧，如图10-35所示。
图10-35 恒载荷法应力腐蚀试验示意图S—试样 W—载荷
试样的初始应力计算如下：
式中 F——载荷；
A——试样有效面积。
4.慢应变速率法 试验是在慢应变试验机上进行，应变速率控制在10-8～10-4/s之间，常用应变速率为10-6/s。试验结果评定可以采用将暴露在试验环境中与暴露在惰性气体环境中的相同试样进行比较，评定应力腐蚀敏感性。比值越大，开裂敏感性越大。
测定的应力腐蚀断裂敏感性如图10-36所示。
试验结果的评定方法有以下几种：
（1）应变量比εSCC/ε0或εσmax/εσ0max。
（2）最大应力比σmax/σ0max。
（3）面积比ASCC/A0。
（4）SCC断口/全断口；应力腐蚀是脆性断口，不是应力腐蚀的断口上有韧窝特征。
图10-36 用慢应变速率法测定应力腐蚀断裂敏感性
（5）敏感性指数，I=（σ0max-σmax）/σ0max或I=（εσ0max-εσmax）/εσ0max
此法属加速试验，在短时间内能得到试验数据，这些结果是相对于较高载荷时的试验，是较好的试验方法。参阅国标GB/T 15970.7—2000。
5.断裂力学法Brown等最先采用WOL型试样测定了应力腐蚀裂纹扩展速率da（dt），后来又发展用三点弯曲法及悬臂弯曲法（图10-37）测定应力腐蚀裂纹扩展速率及应力腐蚀临界应力强度因子（KHSCC）。悬臂弯曲法的KH表达式如下（参阅国标GB/T15970.6—2007）。
图10-37 悬臂弯曲法试验示意图
M=LF
式中 B——试样宽度；
δ——试样厚度；
a——预制裂纹长度；
L——加载处至腐蚀槽距离；
F——载荷。
WOL试验时试样（图10-38）的KI表达式如下：
式中 H——试样高度；
B——试样宽度；
F——载荷；
a——裂纹长度。
图10-38 WOL型应力腐蚀试样
应力腐蚀试验结果如图10-39所示。
图10-39 应力腐蚀裂纹扩展动力学曲线
6.几种应力腐蚀试验方法比较 将几种应力腐蚀试验方法列于表10-25。由于各种试验方法的评定对象和优缺点各不相同，选用时应符合要求，且必须考虑实验室和实际环境有无对应性，并要积累这方面的数据。
表10-25 各种应力腐蚀试验方法特点
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