雙相不銹鋼在應(yīng)力跟一定腐蝕環(huán)境這兩者因素協(xié)同影響下而產(chǎn)生的一種脆性斷裂，往往是在沒有預(yù)先征兆情況下突然產(chǎn)生的，是一種“災(zāi)難性的腐蝕斷裂形式”，較易導(dǎo)致嚴(yán)重事故，如飛機(jī)出事、油氣管發(fā)生爆炸、橋梁產(chǎn)生斷裂等。應(yīng)力腐蝕開裂的主要特征是強(qiáng)調(diào)金屬和介質(zhì)兩者間的匹配性，即僅當(dāng)金屬于一定的腐蝕介質(zhì)中才能夠產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,例如：黃銅于氨溶液中產(chǎn)生氨脆；低碳鋼于堿溶液中發(fā)生堿脆；不銹鋼于存在有氯離子溶液中產(chǎn)生的氯脆等。
應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生是與材料本身的金屬學(xué)因素、環(huán)境因素以及力學(xué)因素密切相關(guān)的，這三種因素即為應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的主要條件。
1. 金屬學(xué)因素
材料本身的組織結(jié)構(gòu)和成分，例如，晶粒形態(tài)、大小、相結(jié)構(gòu)以及一些缺陷都能夠?qū)饘俨牧系膽?yīng)力腐蝕開裂敏感性發(fā)生作用。認(rèn)為純金屬不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂這種觀點(diǎn)是不對的，因?yàn)閷⒔康慕饘偌昂辖鹩谝欢ǖ母g環(huán)境中都存在某種應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。
2. 環(huán)境因素
①. 電位
應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的電位是隨著材料跟介質(zhì)組成的腐蝕體系的不同而存在差異的，一般情況下應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生存在三個(gè)電位區(qū)，分別為活化－陰極保護(hù)電位過渡區(qū)、活化－鈍化電位過渡區(qū)及鈍化－過鈍化電位區(qū)，總之但凡可以導(dǎo)致材料保護(hù)膜不穩(wěn)定的電位區(qū)域，都能夠推動(dòng)金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂;
②. 腐蝕介質(zhì)的類型
腐蝕介質(zhì)對應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生有著相當(dāng)重要的作用，僅當(dāng)金屬跟腐蝕介質(zhì)相匹配時(shí)才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂;
③. 溶液的溫度
一般來講應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性隨著溶液溫度的升高而增強(qiáng)，但是對于一些體系來講具有一個(gè)臨界斷裂溫度，在這個(gè)溶液溫度下應(yīng)力腐蝕開裂最敏感，然而在大于這個(gè)溫度的情況下，材料均勻腐蝕的產(chǎn)生阻止了應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生。
3. 力學(xué)因素
一般情況下拉應(yīng)力（小于合金的屈服極限）是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的主要力學(xué)因素。絕大多數(shù)情況下應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生都具有一個(gè)臨界應(yīng)力，材料所受到的拉應(yīng)力小于該應(yīng)力時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。除了拉伸應(yīng)力能夠引起應(yīng)力腐蝕開裂外，壓應(yīng)力在一些條件下也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生，但是壓應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕開裂危險(xiǎn)性較小。
因?yàn)?span style="font-size: 16px;">應(yīng)力腐蝕開裂跟腐蝕相關(guān)，則其產(chǎn)生的機(jī)理必定跟腐蝕過程中進(jìn)行的陰極反應(yīng)及陽極反應(yīng)相關(guān)，進(jìn)而其機(jī)理可以大致分為陽極溶解型和氫致開裂型，以及在此基礎(chǔ)上引申出來的表面膜破裂機(jī)理。
1. 陽極溶解機(jī)理
T.P.Hoar 和J.G.Hines等人首先提出陽極溶解機(jī)理，他們認(rèn)為滑移帶上的位錯(cuò)堆積區(qū)、金屬材料表面的晶界、亞晶界露頭的位錯(cuò)群、淬火過程中產(chǎn)生的局部應(yīng)變區(qū)或者不同種雜質(zhì)原子導(dǎo)致的畸變區(qū)以及所謂堆垛層錯(cuò)區(qū)等在特殊的腐蝕介質(zhì)及應(yīng)力這兩者因素的共同影響下形成微裂紋，該微裂紋處于產(chǎn)生階段時(shí)并不是真正的“破裂”，其實(shí)是微裂紋的前沿金屬發(fā)生快速溶解的過程。圖4.1給出了這一腐蝕的模型。陰極區(qū)為金屬裂紋的外表面（C),進(jìn)行的是陰極反應(yīng)；陽極區(qū)在裂紋的前沿處跟（C)區(qū)構(gòu)成大陰極小陽極的腐蝕電池。裂紋尖端（A*)的迅速溶解導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生。造成這種現(xiàn)象的原因在于裂紋側(cè)面（A)擁有一定的氧化膜，該膜層能夠起到抑制溶解的作用，進(jìn)而使其溶解速度很小。然而，裂紋尖端的前沿區(qū)域（陽極）于局部應(yīng)力集中作用下而發(fā)生迅速形變屈服，因?yàn)榻饘倬w的位錯(cuò)于該范性形變過程中陸續(xù)地到達(dá)前沿金屬表面，并形成數(shù)量較多的瞬間活性點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋前沿處的溶解速度甚大。
2. 氫致開裂機(jī)理
腐蝕過程中陰極反應(yīng)形成H,并且H擴(kuò)散至裂縫尖端的里部，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域變脆，同時(shí)又在拉伸應(yīng)力的影響下最終產(chǎn)生脆斷現(xiàn)象，即金屬在H及拉伸應(yīng)力這兩種因素的協(xié)同影響下而發(fā)生的一種脆性斷裂被稱為氫致開裂。在腐蝕介質(zhì)中H在應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散的影響下于高應(yīng)力區(qū)聚集，當(dāng)聚集的H濃度到達(dá)臨界值時(shí)，使金屬材料斷裂應(yīng)力降低，則能夠促使氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3. 表面膜破裂機(jī)理
于腐蝕介質(zhì)中總會(huì)有一些具有保護(hù)能力的表面膜在金屬材料的表面處形成，該表面膜于活性離子（如Cl-)或者應(yīng)力的影響下容易造成損壞，促進(jìn)了材料新鮮表面的裸露。于電解質(zhì)溶液中裸露出來的金屬表面作為陽極跟材料表面上未受損的表面膜構(gòu)成大陰極小陽極的腐蝕電池，產(chǎn)生溶解。于應(yīng)力影響下能夠通過滑移階梯來闡明金屬表面膜的破裂機(jī)理。金屬表面上膜的局部區(qū)域總是能夠具有一些比較脆弱的點(diǎn)，在受力的條件下金屬基體內(nèi)部的位錯(cuò)就會(huì)順著滑移面而發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)滑移階梯的產(chǎn)生。滑移階梯較大時(shí)由于金屬表面具有的膜不能夠隨著滑移階梯發(fā)生的形變而產(chǎn)生對應(yīng)的變形，此時(shí)就能夠?qū)е陆饘俦砻嫔系哪ぎa(chǎn) 生破裂現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致基體金屬裸露出新鮮表面。
雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩x擇合適的實(shí)驗(yàn)所需試樣類型（缺口試樣、光滑試樣及預(yù)制裂紋試樣）及加載方式（恒變形、恒載荷以及慢應(yīng)變速率拉伸加載）。這里主要介紹一下國內(nèi)外現(xiàn)有的用力學(xué)的方法來研究應(yīng)力腐蝕的方式。
a. 恒定變形實(shí)驗(yàn)法
是一種利用彎曲或者拉伸從而讓試樣產(chǎn)生變形進(jìn)而促進(jìn)拉應(yīng)力的形成，并利用擁有充分剛性的框架或直接利用加力框架來保持試樣材料產(chǎn)生變形不變的應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)法。恒變形應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)力在裂紋尖端高度集中使裂紋張開，而且有一部分外加彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)變成塑性應(yīng)變，因此裂紋產(chǎn)生后會(huì)引起應(yīng)力下降。該方法通常用在模擬工程構(gòu)件中的加工制造應(yīng)力狀態(tài)上，一般情況下使用彎曲試樣、人工縫隙試樣及C形試樣等，其中彎曲試樣中的U形試樣由于不但擁有彈性變形而且又擁有塑性變形的特點(diǎn)進(jìn)而成為恒位移變形實(shí)驗(yàn)法中較為常用的試樣。
b. 恒載荷實(shí)驗(yàn)法
指對實(shí)驗(yàn)用試樣施予一定的載荷進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)。該方法通常用于模擬工件中能夠受到的加工應(yīng)力及工作應(yīng)力。恒載荷實(shí)驗(yàn)過程中即使試樣受到的載荷是不變的，然而試樣于暴露過程中因?yàn)楦g跟裂紋的形成會(huì)導(dǎo)致試樣的截面積逐漸變小，進(jìn)而促使斷裂面上的有效應(yīng)力表現(xiàn)為連續(xù)增高。恒載荷試驗(yàn)法的特點(diǎn)在于其能夠促使試樣較早的發(fā)生斷裂現(xiàn)象、造成試樣使用壽命減短、使應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的臨界應(yīng)力變小，但恒載荷實(shí)驗(yàn)更為嚴(yán)格。
c. 慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)法（SSRT)
指于特殊的腐蝕環(huán)境中把實(shí)驗(yàn)所需試樣放人特別制作的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)中，以一個(gè)大小保持恒定且十分遲緩的應(yīng)變速度通過慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)上的十字頭位移進(jìn)而將載荷施加到試樣上，通過強(qiáng)化應(yīng)變狀態(tài)達(dá)到提高應(yīng)力腐蝕破裂進(jìn)程速度的目的。因?yàn)槁龖?yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境室中進(jìn)行的，所以能夠在慢拉伸過程中探究其他一些外界因素，例如，溶液酸堿度、溶液溫度以及電極電位等對應(yīng)力腐蝕開裂過程產(chǎn)生的作用。應(yīng)變速度的值是SSRT實(shí)驗(yàn)中最主要的變量，通常情況下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)變速率值的范疇為10-7~10-4s-1,在這一應(yīng)變速率范圍內(nèi)將使裂紋尖端的變形、溶解、成膜處于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界平衡狀態(tài)。
