颁布功夫：2021-09-23点击：5127
01.铜合金的应力侵蚀及案例
铜拥有面心立方晶体结构，易于加工成形，拥有高的导电性及导热性。铜为正电性金属，离子化为Cu2+和Cu+时，尺度电极电位别离为0.337V和0.521V，因而，铜有较好的耐蚀性，是***宽泛使用的有色金属。
常用的铜及铜合金有4种：纯铜，黄铜，青铜（锡青铜Cu-Sn、铝青铜Cu-A1和硅青铜Cu-Si）和白铜（Cu-Ni），在压力容器中纯铜与黄铜使用较多。纯铜是指铜质量分数不低于99.5％ 的工业铜；仆礐u和Zn组成的二元合金。锌质量分数＜ 30％～40％ 的黄铜拥有α相与少量的β相，因而提高了强度、塑性、耐蚀性；仆青铜等合金都能发生SCC，纯铜在含氨介质中也能产生SCC。
02.铜和铜合金SCC机理
a.表表膜分裂机理。
由铜的E-pH图可知，铜在水溶液中侵蚀时，不会发生放氢的阴极反映，因而其SCC不是氢致开裂机理。表表膜分裂SCC机理以为，在含氨的介质中，铜和铜合金表表天生“晦暗膜”（tarnish，以Cu2O为主体的氧化物薄膜），而铜合金晶界优先天生此膜，图4-197b；薨的ぶ蚀，在拉应力作用下发生分裂。据铃木等钻研，纯铜上晦暗膜在晶粒上分裂，黄铜上晦暗膜在晶界上分裂，图4-197c。膜分裂处，溶液侵蚀晶界，图4-197d；随后又缓慢地重新天生膜，并沿晶界成长，图4-197e，当新天生的膜成长到肯定厚度以来，形变量达到能使晦暗膜分裂的水平，新膜又发生分裂，图4-197f。如此循环往复，造成SCC。纯铜产生穿晶分裂，黄铜产生晶间分裂。分裂是不陆续进行的，分裂面应呈阶梯状，图4-197g。断口呈锯齿状条纹，图4-198。
然Cu-30Zn黄铜在含氨的水溶液中SCC时，可有沿晶及穿晶两种断裂类型，但是现实遇到的黄铜SCC（从前习惯上称为季裂）都是有膜的沿晶断裂。
钻研了黄铜SCC敏感性与侵蚀引起拉应力的对应性[1，2]，提出了SCC过程形成钝化膜或疏松层的同时会产生一个附加拉应力，从而在较低的表应力下，位错就能发射和活动，导致SCC微裂纹形核的机造。
在SCC过程中表表脱Zn层将不休增长，从而就会在脱Zn层和基体界面处产生一个拉应力，这个附加拉应力一向在起作用。TEM原位观察批注，SCC时裂尖首先发射位错，维持恒位移时就会形成无位错区(DFZ)，而后SCC微裂纹在DFZ或原裂纹顶端(已钝化成一个尖缺口）形核。推算批注，形成DFZ后，在尖缺口顶端以及DFZ中某一点存在两个应力峰值，测出不变的界面拉应力为0.2倍的屈服强度。当表加应力较高时，应力峰值可靠近或蹬宗原子键合力，微裂纹就将在DFZ或原裂纹顶端形核。由此可知，侵蚀过程形成钝化膜或疏松层的同时会产生一个附加拉应力，从而在较低的表应力下，位错就能发射和活动，并形成DFZ，进而就会在较低的表应力下，DFZ中的应力峰值就蹬宗原子键合力，导致SCC微裂纹形核。
铜合金中的Zn加快了表表膜的形成，钝化膜或脱Zn疏松层引起的应力随pH值的变动。试验了局批注随着pH值的增长疏松层引起的应力值也在增长，见图4-199、201[2]。
03.铜SCC的影响成分
a.合金成分的影响。
Zn质量分数＜20％的黄铜，在天然环境中通常不产生SCC。Zn质量分数＞20％的黄铜，含Zn量越高，SCC敏感性越大；仆胁斡階l、Ni、Sn能减轻SCC；
b.应力作用的影响。
黄铜件的SCC都是在有残存应力（甚至无负荷）的情况下发生的。冷加工变形的黄铜件，加工后未进行退火的，其残存应力较大，在侵蚀性介质中容易引起SCC。当应力减幼时，断裂的功夫大大耽搁。当应力幼于约98MPa时，黄铜便显得很不变；
c.环境介质的影响。
***容易引起铜合金SCC的是氨和能够派生氨（或NH）的物质，以及硫化物。受拉应力的黄铜在淡水、高温高压水和蒸汽以及所有含氨（或NH）的介质中，都可能发生SCC。即便是微量的氨也能使受拉应力的黄铜产生SCC。水分或湿气、氧、SO2、CO2和氰等物质城市加快分裂。
汞盐溶液也能使黄铜产生侵蚀断裂。拥有高应力的黄铜在汞盐溶液中只有几秒钟间就会断裂。常用的试剂是在质量分数为1％HNO3中参与1％-10％的HgNO3，后者的浓杜纂断裂功夫有很亲昵的关系，图4-202。
H2S会加剧铜及铜合金、碳钢和合金钢的侵蚀，尤其是加快凝汽器铜合金管的点蚀，用被H2S严重传染的海水冷却的凝汽器铜合金管的侵蚀速度迸酌清洁海水冷却的铜合金管要高20倍，但H2S对铝合金没有侵蚀性；
d.pH值对于的黄铜季裂功夫的影响。
如图4-203显示，碱性溶液中断裂功夫较短；pH=7.3时，断裂功夫***短，其表表覆盖着发亮的玄色Cu2O；当pH≤4时，断裂功夫剧增，pH=2时，1000h也未断裂。因而，季裂敏感的pH直领域约在5～11之内。
e.分歧氢含量对脱锌层应力的影响。
由分歧氢含量的试样形成脱锌层前后在空气中SSRT曲线测出脱锌层引起的附加应力，可见脱锌层应力随氢含量的升高而升高。
04.预防SCC的措施
a.降低和解除应力。
改进结构设计，预防或减幼部门应力集中的结构大局。结构设计应尽量预防缝隙和可能造成侵蚀液残留的死角，预防有害物质的浓缩。
解除应力处置，在加工、造作、装配中应尽量预防产生较大的残存应力。解除应力退火是削减残存应力的***重要的伎俩，出格是对焊接件，退火处置尤为重要。
b.节造环境。
改善使用前提,首吓爪节造环境温度，在前提允许时降低温度。此表，削减温差，预防反复加热、冷却，预防扰爪力带来的风险。
预防与任何大局的氨和铵盐接触，参与缓蚀剂，如苯并***，可抑造SCC。
；ね坎，使用有机涂层可将资料表表与环境隔离，或使用对环境不敏感的金属作为敏感资料的镀层，都可削减资料的SCC敏感性。
电化学；，由于SCC发生在3个敏感的电位区间，理论上可通过节造电位进行阴极或阳极；ぴし繱CC。
c.改善材质。
在满足其它前提（机能、成本等）的情况下，结合具体使用环境，尽量选择在该环境中尚未发生过SCC的资料，或对现有可供选择的资料进行试验筛选，择优使用。
冶炼工艺和热处置工艺节造，选取冶金新工艺对削减资猜中的杂质、提高纯度、预防SCC是有益的。通过热处置扭转组织、解除有害物质的偏析、细化晶粒等，对削减资料SCC敏感性起重要作用。
案例1.H65黄铜管开裂[3]
H65黄铜管在弯管后没有进行退伙处置，使用不到1a，在弯头处开裂。检测发现大量环向裂纹，由管内壁向表壁扩大，管内壁积累大量的浅绿色侵蚀产品。
金相检测，H65铜管的组织为单相α相。裂纹穿晶扩大，见图4-204。
对贯通内表壁的裂纹打开后进行扫描电镜断口分析，可见断口为脆性穿晶状态，与金相检测了局一致。断口上可见侵蚀产品，见图4-205。选取X-射线衍射仪分析了侵蚀产品，重要成分为NaCl，并含有NaCu(CO3)2·3H2O和NaZn3(CO3)4·3H2O，见图4-206。由此可见，弯头持久处于NaCl含量很高的积水环境下，加上弯管加工的残存应力，具备了引起SCC的前提。
案例2、低压加热器黄铜管换热器牵造的应力侵蚀[4]
某化肥厂低压加热器(JD-270)，铜管牵造产生SCC，以至牵造整体报废，造成巨大的经济损失。
该换热器为立式U 形牵造换热器，筒体材质为Q345R，牵造由材质Q345Ⅲ、厚度为112 mm的管板与材质为HSn70-1的19组共610根的U形管组成，铜管冷弯成型，规格为20mm×1mm。设备参数，设备设计压力 2.12 MPa（管程）/0.66MPa（壳程）、工作压力1.96 MPa（管程）/0.54MPa（壳程），设计温度160℃（管程）/277℃（壳程）、工作温度150℃（管程）/261℃（壳程），工作介质水（管程）/鼓和蒸汽（壳程）。
设备造作时，在壳程水压合格后，转入壳程氨渗工序。由于不具备C法氨渗前提，故施工人员按B法进行，以至氨渗2～3h 后发现管头大面积泄漏，抽出牵造发现牵造表表表整体成淡蓝色，直管段与弯管段有分歧水平的贯通性裂纹，用手就能将裂纹处撕开。侵蚀表观情况见图4-207，黄铜管碎片情况如图4-208所示，金相查抄发现裂纹沿晶界扩大见图4-209。
锡黄铜管在拉造成型后存在残存应力，水压试验后，筒体内部未能被真正吹干、干燥，以至在按B法氨渗时给锡黄铜管形成了一种氨气、铵盐共存的侵蚀性极强的湿润的环境。锡黄铜管含Zn质量分数为28%，在湿润的大气及含氨的情况下极易产生侵蚀以至黄铜管分裂。
案例3.糖机热互换器H62黄铜管开裂分析[5]
糖机热互换器使用H62黄铜管，管子规格Φ45mm×2mm。在调试和试出产过程中，有200多根管子出现纵向分裂。分裂部位多数在管子中段，部门在管接头左近。管内介质为0.3MPa 的蒸气，管表表表与糖浆接触。在造糖过程中，要经屡次薰硫。铜管工作在有应力及侵蚀介质的环境。
铜管表表表宏观残存应力测定了局为156.9MPa，管表表为周向拉应力，比工作应力大得多，这是导致铜管SCC拉应力的重要起源。
黄铜管的金相组织由α+β两相组成。组织显著不均匀，一壁组织较细密，另一壁较粗壮，β相呈长条状沿变形方向拉长，并且呈陆续网状散布，在一个或多个晶粒领域对α相组成包抄，β相的粗细也很不均匀，由此而引起合金内部应力散布不均匀。在部门应力集中的区域，如一些大块β相上，化学浸蚀易于加深。在金相检验时还看到，在β相界面上形成微裂纹，这些裂纹大体方向一样，呈树枝状。β相是富锌相，相对于α相来说是阳极相，因而侵蚀首先从β相界面起头。通过β相阳极溶化而形成裂纹，裂纹取向是垂直于拉应力轴。
扫描电镜断口分析发现黄铜管的表表表边缘处有两处低凹的狭长的侵蚀源区，侵蚀裂纹扩大形成较深弧形侵蚀区。注明开裂是从管表壁产生，向管内壁扩大。
能谱分析批注，断裂面上幼颗粒为Cu2O，幼块状颗粒为ZnSO4，绒毛状相为富锌相(脱锌产品)。此表，还有硫酸盐、碳酸盐和少量氯化物等。
04.结论：
a.黄铜管的分裂为SCC板裂，裂纹由管表壁产生，向管内壁扩大。在静拉应力及侵蚀介质的共同作用下，沿β相处优先侵蚀而产生裂纹。随后，裂纹由应力导向，通过β相及晶界的侵蚀而扩大；
b.黄铜管中存在不均匀散布的内应力，同时，组织中存在陆续的β相网络或不陆续的β相晶间薄层，这是退火处置工艺不正确的产品，也是造成铜管SCC的内涵原因。
起源：工业幼南点
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