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(fu)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。

  應力腐蝕裂(lie)紋呈枯樹枝狀，大體上沿著垂直于拉應力的方向發展。裂(lie)紋的微觀形態有(you)穿晶型、晶間型（沿晶型）和兩者兼有(you)的混合型。

  應力(li)(li)的來(lai)(lai)源，對于管道來(lai)(lai)說，焊接、冷加工及(ji)安裝(zhuang)時殘余應力(li)(li)是主要的。

  并(bing)不是(shi)任何的(de)(de)(de)金(jin)屬與介質的(de)(de)(de)共(gong)同(tong)作用都引起應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破裂。其中金(jin)屬材料只有在某些特(te)定的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)環境中，才發生應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破裂。表3-4列出(chu)了容易引起應(ying)力腐蝕(shi)(shi)開裂的(de)(de)(de)管道金(jin)屬材料和腐蝕(shi)(shi)環境的(de)(de)(de)組合。

1. 堿脆 

  金(jin)屬在堿(jian)液中的應力(li)腐(fu)蝕破裂稱堿(jian)脆(cui)(cui)。碳鋼(gang)(gang)、低(di)合金(jin)鋼(gang)(gang)、不(bu)銹鋼(gang)(gang)等多種金(jin)屬材(cai)料皆可發(fa)生堿(jian)脆(cui)(cui)。碳鋼(gang)(gang)（含低(di)合金(jin)鋼(gang)(gang)）發(fa)生堿(jian)脆(cui)(cui)的趨勢如(ru)圖3-6所示。

  由圖3-6可知，氫(qing)氧(yang)化鈉濃(nong)度(du)(du)在5％以上的(de)全部濃(nong)度(du)(du)范(fan)圍內碳鋼幾乎都可能產生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)的(de)最低溫度(du)(du)為50℃，所(suo)需(xu)堿(jian)(jian)(jian)液的(de)濃(nong)度(du)(du)為40％～50％，以沸點(dian)附近的(de)高(gao)(gao)(gao)溫區最易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)。裂(lie)紋呈晶間(jian)型(xing)(xing)。奧氏體不銹鋼發(fa)(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)的(de)趨勢如(ru)圖3-7所(suo)示(shi)。氫(qing)氧(yang)化鈉濃(nong)度(du)(du)在0.1％以上的(de)濃(nong)度(du)(du)時18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹鋼即可發(fa)(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)。以氫(qing)氧(yang)化鈉濃(nong)度(du)(du)40％最危(wei)險(xian)，這時發(fa)(fa)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)的(de)溫度(du)(du)為115℃左右。超低碳不銹鋼的(de)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)裂(lie)紋為穿晶型(xing)(xing)，含碳量高(gao)(gao)(gao)時，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)裂(lie)紋則(ze)(ze)為晶間(jian)型(xing)(xing)或混(hun)合(he)型(xing)(xing)。當奧氏體不銹鋼中加(jia)入2％鉬(mu)時，則(ze)(ze)可使其堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)界限縮(suo)小，并向(xiang)堿(jian)(jian)(jian)的(de)高(gao)(gao)(gao)濃(nong)度(du)(du)區域(yu)移動。鎳和鎳基(ji)合(he)金具有較高(gao)(gao)(gao)的(de)耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)的(de)性能，它(ta)的(de)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)(cui)(cui)范(fan)圍變得(de)狹(xia)窄，而且位(wei)于高(gao)(gao)(gao)溫濃(nong)堿(jian)(jian)(jian)區。

2. 不銹鋼(gang)的(de)氯(lv)離(li)子(zi)應(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂 

 氯離子不但能引起不銹鋼孔蝕，更能引起不銹(xiu)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。

  不銹鋼氯(lv)離子應力(li)腐蝕(shi)破裂(lie)不僅僅發生在(zai)管(guan)道的(de)內壁，發生在(zai)管(guan)道外壁的(de)事例也屢見不鮮，如圖(tu)3-8所示。

  作(zuo)為(wei)管外(wai)側的腐蝕因素，被認為(wei)是(shi)保溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)的問題，對保溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)進行分析的結果，被檢驗出含有約0.5％的氯離子。這個數(shu)值可(ke)認為(wei)是(shi)保溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)含有的雜質，或由于保溫(wen)(wen)層破損、浸入的雨水中(zhong)(zhong)帶入并經過(guo)濃縮的結果。

3. 不銹鋼連多硫酸應(ying)力腐(fu)蝕(shi)破裂 

  以(yi)加(jia)氫脫硫裝置最為典型，不(bu)銹鋼連多硫酸的應力腐蝕(shi)破裂(lie)頗為引人關注。

  管(guan)(guan)道在正常運行(xing)時，受(shou)硫化(hua)氫腐蝕(shi)，生(sheng)成(cheng)的硫化(hua)鐵(tie)，在停車檢修時，與空氣中(zhong)的氧(yang)及(ji)水(shui)反應生(sheng)成(cheng)了(le)連多硫酸。在Cr-Ni奧氏體不銹鋼(gang)管(guan)(guan)道的殘余應力較大的部(bu)位（焊縫熱影響區、彎管(guan)(guan)部(bu)位等）產生(sheng)應力腐蝕(shi)裂(lie)紋。

4. 硫化物腐(fu)蝕(shi)破裂

  ①. 金屬在同時含(han)有硫(liu)(liu)(liu)化(hua)氫及(ji)水的(de)(de)(de)介(jie)質(zhi)中發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)應力(li)腐(fu)蝕破(po)裂(lie)(lie)(lie)即為硫(liu)(liu)(liu)化(hua)物腐(fu)蝕破(po)裂(lie)(lie)(lie)，簡(jian)稱硫(liu)(liu)(liu)裂(lie)(lie)(lie)。在天然(ran)氣(qi)、石(shi)油采集，加工煉制(zhi)，石(shi)油化(hua)學及(ji)化(hua)肥等工業部門常常發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)管道、閥門硫(liu)(liu)(liu)裂(lie)(lie)(lie)事(shi)故。發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)硫(liu)(liu)(liu)裂(lie)(lie)(lie)所(suo)需的(de)(de)(de)時間短則(ze)幾天，長則(ze)幾個月到幾年(nian)不(bu)等，但是未見超過十年(nian)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)硫(liu)(liu)(liu)裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)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。對于奧氏體不(bu)銹鋼的硫裂，氯離子和氧起促進作用，304L不(bu)銹鋼和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）。

  對于碳鋼和低合(he)金鋼來說，淬火(huo)(huo)十回火(huo)(huo)的(de)金相組(zu)織(zhi)抗硫裂最(zui)好，未回火(huo)(huo)馬氏(shi)體組(zu)織(zhi)最(zui)差。鋼抗硫裂性能(neng)依淬火(huo)(huo)+回火(huo)(huo)組(zu)織(zhi)→正火(huo)(huo)十回火(huo)(huo)組(zu)織(zhi)→正火(huo)(huo)組(zu)織(zhi)→未回火(huo)(huo)馬氏(shi)體組(zu)織(zhi)的(de)順序遞(di)降。

  鋼的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)。鋼的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)。在發(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)事故中，焊(han)(han)(han)縫特別是(shi)(shi)熔合(he)線是(shi)(shi)最(zui)易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)破裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)位(wei)(wei)，這(zhe)是(shi)(shi)因為這(zhe)里的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)最(zui)高(gao)(gao)。NACE對碳鋼焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)進行(xing)了(le)嚴格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)規(gui)定：≤200HB。這(zhe)是(shi)(shi)因為焊(han)(han)(han)縫硬(ying)(ying)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)分布比(bi)母材(cai)復(fu)雜，所以對焊(han)(han)(han)縫硬(ying)(ying)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)規(gui)定比(bi)母材(cai)嚴格(ge)。焊(han)(han)(han)縫部(bu)位(wei)(wei)常發(fa)(fa)生(sheng)破裂(lie)(lie)，一方面(mian)是(shi)(shi)由于(yu)焊(han)(han)(han)接殘余應力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用，另(ling)一方面(mian)是(shi)(shi)焊(han)(han)(han)縫金屬、熔合(he)線及熱(re)影響區出現淬硬(ying)(ying)組織的(de)(de)(de)(de)(de)結果。為防止硫裂(lie)(lie)，焊(han)(han)(han)后進行(xing)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理十(shi)分必要。

5. 氫(qing)損傷 

  氫滲透進入金屬內(nei)部而造成金屬性能(neng)劣化稱為氫損傷(shang)，也稱氫破壞(huai)。氫損傷(shang)可分(fen)為四種(zhong)不同類(lei)型：氫鼓泡(pao)、氫脆、脫碳和氫腐蝕。

 ①. 氫(qing)鼓泡及氫(qing)誘發階(jie)梯裂紋。

  主要(yao)發生在含濕硫化氫的(de)介質(zhi)中。

  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(gu)泡及氫誘(you)發階梯裂(lie)紋一般發生在鋼板卷制的管道上(shang)。

 ②. 氫脆(cui)

  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↑

   反應結果導致表面(mian)層(ceng)(ceng)的滲碳(tan)體減少，而(er)(er)碳(tan)便從鄰近的尚未反應的金屬(shu)層(ceng)(ceng)逐漸擴散到此(ci)反應區，于是有一定(ding)厚度的金屬(shu)層(ceng)(ceng)因缺碳(tan)而(er)(er)變為鐵(tie)素體。脫(tuo)碳(tan)的結果造成(cheng)鋼的表面(mian)強度和疲(pi)勞極限的降(jiang)低。

 ④. 氫(qing)腐蝕(shi)

  鋼受到(dao)高(gao)溫高(gao)壓氫作用后，其力學性能劣化(hua)，強度(du)、韌性明(ming)顯(xian)降(jiang)低，并且是不可逆的，這(zhe)種(zhong)現(xian)象稱為(wei)氫腐(fu)蝕。

 氫腐蝕的歷程(cheng)可(ke)用(yong)圖3-10來解釋。

  氫腐蝕的(de)(de)過(guo)程大(da)致可分為三個(ge)階(jie)段(duan)：孕育(yu)期，鋼的(de)(de)性(xing)(xing)能沒有變化；性(xing)(xing)能迅速變化階(jie)段(duan)，迅速脫碳，裂紋快速擴展；最后階(jie)段(duan)，固溶(rong)體(ti)中碳已耗盡。

  氫(qing)腐蝕的孕育期是重要(yao)的，它往往決(jue)定了(le)鋼的使用壽命。

  某氫(qing)壓(ya)力下產生(sheng)氫(qing)腐蝕有(you)一(yi)起(qi)始(shi)溫度(du)(du)，它是衡量鋼材抗氫(qing)性(xing)能(neng)的指標。低于(yu)這(zhe)個溫度(du)(du)氫(qing)腐蝕反應(ying)速(su)度(du)(du)極慢，以(yi)致(zhi)孕(yun)育期超過(guo)正常使用壽命(ming)。碳(tan)鋼的這(zhe)一(yi)溫度(du)(du)大約在220℃左右。

  氫(qing)分壓(ya)也有一個起始(shi)點（碳(tan)鋼大約在1.4MPa左右），即無(wu)論溫度多高，低于此分壓(ya)，只發生表面脫碳(tan)而不發生嚴重的氫(qing)腐蝕。

  各種(zhong)抗(kang)氫鋼發(fa)生腐(fu)蝕的溫(wen)度和壓力(li)組(zu)合條件，就是著名的Nelson曲線(xian)(xian)（在(zai)很多管道器材選用標準規范(fan)內(nei)均有此曲線(xian)(xian)圖，如(ru)SH/T 3059《石(shi)油化工管道設計器材選用規范(fan)》）。

  冷加工(gong)變(bian)形，提高了碳、氫的擴散能力(li)，對腐蝕起(qi)加速作用。

  某氮肥廠，氨合(he)成塔出(chu)口至廢(fei)熱鍋爐的高(gao)壓(ya)管道，工(gong)作(zuo)溫度320℃左右(you)、工(gong)作(zuo)壓(ya)力33MPa，工(gong)作(zuo)介質為H2、N2、NH3混合(he)氣，應按Nelson曲(qu)線選(xuan)用抗氫鋼。其(qi)中有一(yi)異(yi)徑短管，由于錯用了普(pu)通(tong)碳鋼，使用不久便因(yin)氫腐蝕而破裂(lie)，造(zao)成惡性事故(gu)，損失非(fei)常慘重。