金屬材料在拉應力和特定腐蝕介質的共同作用下發生的斷裂破壞，稱為應力腐蝕破裂。發生應力腐蝕破裂的時間有長有短，有經過幾天就開裂的，也有經過數年才開裂的，這說明應力腐蝕破裂通常有一個或長或短的孕育期。

  應(ying)力(li)腐蝕裂紋呈(cheng)枯樹枝狀，大體上沿著垂直于(yu)拉應(ying)力(li)的(de)方向發展(zhan)。裂紋的(de)微觀(guan)形態有穿晶(jing)型、晶(jing)間型（沿晶(jing)型）和兩者兼有的(de)混合(he)型。

  應(ying)力的來(lai)源(yuan)，對于管(guan)道來(lai)說，焊接、冷加工及安(an)裝時殘余應(ying)力是主要(yao)的。

  并(bing)不是任何(he)的(de)金(jin)屬與(yu)介質(zhi)的(de)共同作用都引起應力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂。其中(zhong)金(jin)屬材料只有在某(mou)些特定的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)環(huan)境(jing)中(zhong)，才發生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂。表(biao)3-4列出了(le)容易(yi)引起應力腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂的(de)管道金(jin)屬材料和(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)環(huan)境(jing)的(de)組(zu)合。

1. 堿(jian)脆(cui) 

  金(jin)(jin)屬在堿液中的(de)(de)應(ying)力腐蝕破裂稱堿脆(cui)。碳(tan)(tan)鋼(gang)、低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)、不銹鋼(gang)等多種(zhong)金(jin)(jin)屬材料皆可發生堿脆(cui)。碳(tan)(tan)鋼(gang)（含低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)）發生堿脆(cui)的(de)(de)趨勢如圖3-6所示。

  由圖(tu)3-6可(ke)(ke)知(zhi)，氫氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈉(na)濃度(du)(du)在(zai)5％以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)全部濃度(du)(du)范圍(wei)內碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)幾乎都(dou)可(ke)(ke)能(neng)產生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)的(de)(de)(de)(de)(de)最低溫度(du)(du)為50℃，所需堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)液的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du)(du)為40％～50％，以(yi)(yi)沸點附近的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫區最易發(fa)生(sheng)。裂紋呈晶間型(xing)。奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)發(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢如圖(tu)3-7所示。氫氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈉(na)濃度(du)(du)在(zai)0.1％以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du)(du)時(shi)(shi)18-8型(xing)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)即(ji)可(ke)(ke)發(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)。以(yi)(yi)氫氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈉(na)濃度(du)(du)40％最危險，這時(shi)(shi)發(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)(du)為115℃左(zuo)右。超(chao)低碳(tan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)裂紋為穿晶型(xing)，含碳(tan)量高(gao)時(shi)(shi)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)裂紋則為晶間型(xing)或混(hun)合(he)型(xing)。當(dang)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入2％鉬時(shi)(shi)，則可(ke)(ke)使其堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)界(jie)限(xian)縮小(xiao)，并(bing)向(xiang)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)濃度(du)(du)區域移動(dong)。鎳和鎳基合(he)金具有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐應力腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)范圍(wei)變得狹窄，而且位(wei)于高(gao)溫濃堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)區。

2. 不銹鋼(gang)的氯離子應力腐蝕破裂 

 氯離子不但能引起不銹鋼孔蝕，更能引起不銹鋼的應力腐蝕破裂。發生應力腐蝕破裂的臨界氯離子濃度隨溫度的上升而減小，高溫下，氯離子濃度只要達到10-6，即能引起破裂。發生氯離子應力腐蝕破裂的臨界溫度為70℃。具有氯離子濃縮的條件（反復蒸干、潤濕）是最易發生破裂的。工業中發生不銹鋼氯離子應力腐蝕破裂的情況相當普遍。

  不(bu)銹鋼氯離子應力(li)腐蝕破裂不(bu)僅(jin)僅(jin)發生在管(guan)道(dao)的(de)內壁，發生在管(guan)道(dao)外壁的(de)事例也屢見不(bu)鮮，如圖(tu)3-8所示。

  作為管外側的(de)(de)腐(fu)蝕因素，被認為是保(bao)溫材(cai)料的(de)(de)問題，對(dui)保(bao)溫材(cai)料進行分析(xi)的(de)(de)結果(guo)(guo)，被檢驗出(chu)含有約0.5％的(de)(de)氯(lv)離(li)子。這個數值可認為是保(bao)溫材(cai)料中含有的(de)(de)雜質，或(huo)由(you)于(yu)保(bao)溫層破損、浸入的(de)(de)雨水中帶(dai)入并經過濃縮的(de)(de)結果(guo)(guo)。

3. 不銹鋼連多硫(liu)酸(suan)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)破裂 

  以(yi)加氫脫硫(liu)(liu)裝置最為典型，不(bu)銹(xiu)鋼連(lian)多硫(liu)(liu)酸的應力(li)腐蝕破裂頗(po)為引人關(guan)注。

  管道(dao)在正常(chang)運行(xing)時，受(shou)硫化氫(qing)腐蝕，生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)硫化鐵(tie)，在停車(che)檢修時，與空氣(qi)中的(de)(de)(de)氧及水反應(ying)生(sheng)成(cheng)了(le)連多硫酸。在Cr-Ni奧氏體不銹鋼管道(dao)的(de)(de)(de)殘(can)余應(ying)力較(jiao)大的(de)(de)(de)部(bu)位(wei)（焊縫熱影(ying)響區、彎管部(bu)位(wei)等）產生(sheng)應(ying)力腐蝕裂紋。

4. 硫(liu)化物腐蝕破裂

  ①. 金(jin)屬在(zai)同時含(han)有硫化氫(qing)及(ji)水的介質中(zhong)發生(sheng)的應力(li)腐蝕(shi)破裂即為硫化物(wu)腐蝕(shi)破裂，簡稱硫裂。在(zai)天然氣、石油采(cai)集，加工(gong)煉制，石油化學及(ji)化肥等工(gong)業部門(men)常(chang)常(chang)發生(sheng)管(guan)道、閥門(men)硫裂事(shi)故。發生(sheng)硫裂所需的時間短則幾天，長則幾個月到幾年不等，但是未見超過(guo)十年發生(sheng)硫裂的事(shi)例。

  ②. 硫裂的裂紋較粗，分支較少，多為穿晶型，也有晶間型或混合型。發生硫裂所需的硫化氫濃度很低，只要略超過10^-6，甚至在小于10^-6的濃度下也會發生。

  碳鋼和低合金鋼在20～40℃溫度范圍內對硫裂的敏感性最大，奧氏體不銹鋼的硫裂大多發生在高溫環境中。隨著溫度升高，奧氏體不銹鋼的硫裂敏感性增加。在含硫化氫及水的介質中，如果同時含醋酸，或者二氧化碳和氯化鈉，或磷化氫，或砷、硒、銻、碲的化合物或氯離子，則對鋼的硫裂起促進作用。對于奧氏體(ti)不銹鋼的硫裂，氯離子和氧起促進作用，304L不銹(xiu)鋼和316L不銹鋼對硫裂的敏感性有如下的關系：H₂S+H₂O<H₂S+H₂O+Cl^-<H₂S+H₂O+Cl^-+O₂（硫裂的敏感性由弱到強）。

  對于(yu)碳鋼和低(di)合(he)金(jin)鋼來說，淬火(huo)十回(hui)(hui)火(huo)的金(jin)相組(zu)織(zhi)(zhi)抗(kang)硫裂最好(hao)，未(wei)回(hui)(hui)火(huo)馬氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)最差(cha)。鋼抗(kang)硫裂性能依(yi)淬火(huo)+回(hui)(hui)火(huo)組(zu)織(zhi)(zhi)→正火(huo)十回(hui)(hui)火(huo)組(zu)織(zhi)(zhi)→正火(huo)組(zu)織(zhi)(zhi)→未(wei)回(hui)(hui)火(huo)馬氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)的順序遞降。

  鋼的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)越(yue)(yue)高(gao)，越(yue)(yue)易(yi)(yi)發生(sheng)(sheng)硫裂(lie)(lie)。鋼的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)越(yue)(yue)高(gao)，越(yue)(yue)易(yi)(yi)發生(sheng)(sheng)硫裂(lie)(lie)。在發生(sheng)(sheng)硫裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)事故中，焊縫特(te)別是熔合(he)線(xian)(xian)是最易(yi)(yi)發生(sheng)(sheng)破(po)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)部位，這(zhe)是因為(wei)這(zhe)里的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)最高(gao)。NACE對碳(tan)鋼焊縫的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)進(jin)行(xing)了嚴格的(de)(de)(de)(de)規(gui)定：≤200HB。這(zhe)是因為(wei)焊縫硬度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)分布比母材(cai)復(fu)雜，所以(yi)對焊縫硬度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)規(gui)定比母材(cai)嚴格。焊縫部位常(chang)發生(sheng)(sheng)破(po)裂(lie)(lie)，一方(fang)(fang)面是由于(yu)焊接殘(can)余應力的(de)(de)(de)(de)作用，另(ling)一方(fang)(fang)面是焊縫金(jin)屬、熔合(he)線(xian)(xian)及熱(re)影響區出現淬硬組織的(de)(de)(de)(de)結果。為(wei)防止硫裂(lie)(lie)，焊后進(jin)行(xing)有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)處理十(shi)分必要。

5. 氫(qing)損傷 

  氫(qing)(qing)滲透進入金屬(shu)內(nei)部而造成金屬(shu)性能劣化稱為氫(qing)(qing)損傷，也稱氫(qing)(qing)破(po)壞。氫(qing)(qing)損傷可分為四種不同類型：氫(qing)(qing)鼓泡、氫(qing)(qing)脆、脫碳(tan)和氫(qing)(qing)腐蝕。

 ①. 氫鼓泡(pao)及氫誘發階(jie)梯裂紋。

  主要發生在(zai)含(han)濕(shi)硫化氫的介(jie)質(zhi)中(zhong)。

  由上述過程可以看出，鋼在這種環境中，不僅會由于陽極反應而發生一般腐蝕，而且由于S^2-在金屬表面的吸附對氫原子復合氫分子有阻礙作用，從而促進氫原子向金屬內滲透。當氫原子向鋼中滲透擴散時，遇到了裂縫、分層、空隙、夾渣等缺陷，就聚集起來結合成氫分子造成體積膨脹，在鋼材內部產生極大壓力（可達數百兆帕）。如果這些缺陷在鋼材表面附近，則形成鼓泡，如圖3-9所示。如果這些缺陷在鋼的內部深處，則形成誘發裂紋。它是沿軋制方向上產生的相互平行的裂紋，被短的橫向裂紋連接起來形成“階梯”。氫誘發階梯裂紋輕者使鋼材脆化，重者會使有效壁厚減小到管道過載、泄漏甚至斷裂。

  氫鼓泡需要一個硫化氫臨界濃度值。有資料介紹，硫化氫分壓在138Pa時將產生氫鼓泡。如果在含濕硫化氫介質中同時存在磷化氫、砷、碲的化合物及CN^-時，則有利于氫向鋼中滲透，它們都是滲氫加速劑。

  氫鼓泡及氫誘發階梯裂紋一般發生(sheng)在鋼板卷制的管道(dao)上。

 ②. 氫脆

  無論以什么方式進入鋼內的氫，都將引起鋼材脆化，即伸長率、斷面收縮率顯著下降，高強度鋼尤其嚴重。若將鋼材中的氫釋放出來（如加熱進行消氫處理），則鋼的力學性能仍可恢復。氫脆是可逆的。

  H₂S-H₂O介質常溫腐蝕碳鋼管道能滲氫，在高溫高壓臨氫環境下也能滲氫；在不加緩蝕劑或緩蝕劑不當的酸洗過程能滲氫，在雨天焊接或在陰極保護過度時也會滲氫。

 ③. 脫碳

  在工業制氫裝置中，高溫氫氣管道易產生碳損傷。鋼中的滲碳體在高溫下與氫氣作用生成甲烷：Fe₃C+2H₂→3Fe+CH₄↑

   反應結(jie)果導(dao)致表面層的(de)(de)滲(shen)碳(tan)體減(jian)少(shao)，而碳(tan)便從鄰近的(de)(de)尚未(wei)反應的(de)(de)金(jin)屬層逐漸擴(kuo)散(san)到此反應區，于是有(you)一(yi)定厚度的(de)(de)金(jin)屬層因缺碳(tan)而變為鐵素體。脫碳(tan)的(de)(de)結(jie)果造成鋼的(de)(de)表面強度和疲勞極限的(de)(de)降低。

 ④. 氫腐蝕

  鋼受到(dao)高(gao)溫高(gao)壓氫(qing)作用后，其力學性(xing)能劣化，強度、韌(ren)性(xing)明顯降低，并(bing)且是不可逆(ni)的，這(zhe)種現象稱(cheng)為氫(qing)腐蝕。

 氫(qing)腐蝕(shi)的歷程可用(yong)圖3-10來(lai)解釋。

  氫腐蝕的過程(cheng)大致(zhi)可分為三個(ge)階段：孕育期，鋼的性能沒有變化；性能迅速變化階段，迅速脫碳，裂紋快速擴展(zhan)；最后階段，固溶體中碳已耗盡(jin)。

  氫腐蝕的(de)孕(yun)育期是重要(yao)的(de)，它往往決定(ding)了鋼的(de)使(shi)用壽命(ming)。

  某(mou)氫(qing)壓力下(xia)產生(sheng)氫(qing)腐蝕(shi)有一起(qi)始溫度(du)(du)，它是衡量鋼(gang)(gang)材抗氫(qing)性能(neng)的(de)指標(biao)。低于這個溫度(du)(du)氫(qing)腐蝕(shi)反應速(su)度(du)(du)極慢，以(yi)致孕育(yu)期超過正常使(shi)用壽命。碳鋼(gang)(gang)的(de)這一溫度(du)(du)大(da)約在220℃左右(you)。

  氫分(fen)壓(ya)也有(you)一個(ge)起(qi)始點（碳鋼大(da)約在1.4MPa左(zuo)右(you)），即無論溫度多高，低于(yu)此分(fen)壓(ya)，只發生表面脫碳而不發生嚴重的氫腐蝕。

  各種抗氫(qing)鋼(gang)發生腐蝕的溫(wen)度和壓力組(zu)合(he)條件，就是(shi)著(zhu)名的Nelson曲線(xian)（在很多管道器(qi)材(cai)選(xuan)用標準規(gui)(gui)范(fan)內均有(you)此曲線(xian)圖，如(ru)SH/T 3059《石油化工管道設計(ji)器(qi)材(cai)選(xuan)用規(gui)(gui)范(fan)》）。

  冷加(jia)工(gong)變形，提高了碳、氫的(de)擴散能力(li)，對(dui)腐蝕起加(jia)速作用。

  某氮肥廠，氨(an)合(he)成(cheng)塔(ta)出口至廢熱鍋爐的高壓管道，工(gong)(gong)作溫度320℃左(zuo)右(you)、工(gong)(gong)作壓力33MPa，工(gong)(gong)作介質(zhi)為H2、N2、NH3混合(he)氣，應按Nelson曲線選用抗氫(qing)鋼。其中有一異徑短管，由(you)于(yu)錯用了(le)普通碳鋼，使用不久(jiu)便(bian)因氫(qing)腐蝕而(er)破(po)裂，造成(cheng)惡(e)性(xing)事故，損失非常(chang)慘重。