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。

  應力(li)腐(fu)蝕裂紋呈(cheng)枯樹枝(zhi)狀，大體上沿著(zhu)垂(chui)直于(yu)拉(la)應力(li)的(de)方向發展。裂紋的(de)微觀(guan)形態有(you)(you)穿晶型、晶間型（沿晶型）和兩者兼有(you)(you)的(de)混合型。

  應(ying)力的來源，對于管道來說，焊接、冷加工及安裝時(shi)殘余應(ying)力是主要的。

  并不是(shi)任(ren)何的(de)金(jin)屬與介質的(de)共同作用都引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)破(po)裂。其中金(jin)屬材料只有在某些特(te)定的(de)腐蝕(shi)(shi)環(huan)境中，才(cai)發生應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)破(po)裂。表3-4列出了容易引(yin)起(qi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)開裂的(de)管道金(jin)屬材料和腐蝕(shi)(shi)環(huan)境的(de)組合。

1. 堿脆 

  金(jin)屬(shu)在堿(jian)(jian)液中的(de)(de)應力腐蝕破(po)裂(lie)稱堿(jian)(jian)脆(cui)。碳鋼(gang)(gang)、低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)、不銹(xiu)鋼(gang)(gang)等(deng)多種金(jin)屬(shu)材料(liao)皆可(ke)發生堿(jian)(jian)脆(cui)。碳鋼(gang)(gang)（含低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)）發生堿(jian)(jian)脆(cui)的(de)(de)趨勢如圖3-6所示。

  由圖3-6可(ke)知，氫氧(yang)(yang)化鈉(na)濃(nong)度(du)(du)在(zai)5％以(yi)(yi)(yi)上的(de)(de)全部(bu)濃(nong)度(du)(du)范(fan)圍(wei)內(nei)碳鋼(gang)(gang)幾(ji)乎都可(ke)能產生堿(jian)脆(cui)，堿(jian)脆(cui)的(de)(de)最低溫(wen)度(du)(du)為50℃，所需堿(jian)液的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)為40％～50％，以(yi)(yi)(yi)沸(fei)點附近的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)區最易(yi)發(fa)生。裂(lie)紋(wen)呈晶(jing)間型(xing)。奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)發(fa)生堿(jian)脆(cui)的(de)(de)趨勢如圖3-7所示。氫氧(yang)(yang)化鈉(na)濃(nong)度(du)(du)在(zai)0.1％以(yi)(yi)(yi)上的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)時(shi)18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)即可(ke)發(fa)生堿(jian)脆(cui)。以(yi)(yi)(yi)氫氧(yang)(yang)化鈉(na)濃(nong)度(du)(du)40％最危險，這(zhe)時(shi)發(fa)生堿(jian)脆(cui)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)為115℃左右。超(chao)低碳不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)堿(jian)脆(cui)裂(lie)紋(wen)為穿(chuan)晶(jing)型(xing)，含碳量高(gao)(gao)(gao)(gao)時(shi)，堿(jian)脆(cui)裂(lie)紋(wen)則(ze)為晶(jing)間型(xing)或混合(he)型(xing)。當奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中加入(ru)2％鉬時(shi)，則(ze)可(ke)使(shi)其堿(jian)脆(cui)界限縮(suo)小，并向堿(jian)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)濃(nong)度(du)(du)區域(yu)移動(dong)。鎳和鎳基合(he)金具有較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)耐應力腐蝕的(de)(de)性能，它的(de)(de)堿(jian)脆(cui)范(fan)圍(wei)變得狹窄，而(er)且位(wei)于高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)濃(nong)堿(jian)區。

2. 不銹(xiu)鋼的氯離(li)子應力腐蝕破(po)裂 

 氯離子不但能引起不銹鋼孔(kong)蝕，更能引起不銹鋼(gang)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。

  不銹鋼氯離子(zi)應力(li)腐蝕破(po)裂不僅(jin)僅(jin)發生在管(guan)道的內壁，發生在管(guan)道外壁的事例也屢(lv)見不鮮，如圖3-8所示。

  作為(wei)管(guan)外側的(de)(de)腐蝕因素，被認為(wei)是保(bao)(bao)溫材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)問(wen)題，對(dui)保(bao)(bao)溫材(cai)(cai)料(liao)進行分(fen)析(xi)的(de)(de)結果(guo)(guo)，被檢驗出含有約(yue)0.5％的(de)(de)氯離子。這個(ge)數值可認為(wei)是保(bao)(bao)溫材(cai)(cai)料(liao)中含有的(de)(de)雜質，或由于保(bao)(bao)溫層破(po)損(sun)、浸(jin)入(ru)的(de)(de)雨水中帶入(ru)并經過濃縮的(de)(de)結果(guo)(guo)。

3. 不銹鋼連多硫(liu)酸應力腐蝕破裂 

  以加氫脫硫裝置最(zui)為(wei)典型(xing)，不(bu)銹(xiu)鋼連(lian)多硫酸的(de)應力腐蝕(shi)破裂頗為(wei)引人關注(zhu)。

  管道(dao)在正(zheng)常運(yun)行時，受(shou)硫(liu)(liu)化(hua)氫腐(fu)蝕，生(sheng)成的(de)硫(liu)(liu)化(hua)鐵，在停(ting)車檢修時，與空氣中的(de)氧(yang)及水反應(ying)生(sheng)成了連(lian)多硫(liu)(liu)酸(suan)。在Cr-Ni奧氏(shi)體不銹鋼(gang)管道(dao)的(de)殘余應(ying)力(li)較(jiao)大(da)的(de)部位（焊縫熱影(ying)響區(qu)、彎(wan)管部位等(deng)）產(chan)生(sheng)應(ying)力(li)腐(fu)蝕裂紋。

4. 硫化物腐蝕破裂

  ①. 金屬在同(tong)時含有硫(liu)(liu)化氫及水的(de)(de)介(jie)質中(zhong)發生(sheng)的(de)(de)應力腐(fu)蝕(shi)破裂(lie)(lie)即(ji)為硫(liu)(liu)化物腐(fu)蝕(shi)破裂(lie)(lie)，簡稱硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)。在天然氣、石(shi)油采集，加工(gong)(gong)煉制，石(shi)油化學及化肥等(deng)工(gong)(gong)業部(bu)門(men)常常發生(sheng)管道(dao)、閥門(men)硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)事故。發生(sheng)硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)所(suo)需的(de)(de)時間短則(ze)幾(ji)天，長則(ze)幾(ji)個月到(dao)幾(ji)年不等(deng)，但是未見超過十年發生(sheng)硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)的(de)(de)事例。

  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。對于奧氏體不銹鋼(gang)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）。

  對于碳(tan)鋼(gang)和低合金鋼(gang)來說，淬(cui)火(huo)(huo)十(shi)回火(huo)(huo)的(de)(de)金相組織(zhi)(zhi)抗硫(liu)裂最(zui)好，未(wei)回火(huo)(huo)馬(ma)氏體組織(zhi)(zhi)最(zui)差(cha)。鋼(gang)抗硫(liu)裂性能依淬(cui)火(huo)(huo)+回火(huo)(huo)組織(zhi)(zhi)→正(zheng)火(huo)(huo)十(shi)回火(huo)(huo)組織(zhi)(zhi)→正(zheng)火(huo)(huo)組織(zhi)(zhi)→未(wei)回火(huo)(huo)馬(ma)氏體組織(zhi)(zhi)的(de)(de)順序遞(di)降。

  鋼的(de)(de)強度(du)(du)越高(gao)(gao)，越易發(fa)生硫(liu)裂(lie)(lie)。鋼的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)越高(gao)(gao)，越易發(fa)生硫(liu)裂(lie)(lie)。在發(fa)生硫(liu)裂(lie)(lie)的(de)(de)事故中，焊縫(feng)特別是(shi)(shi)熔合(he)線(xian)是(shi)(shi)最易發(fa)生破裂(lie)(lie)的(de)(de)部(bu)位，這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)因為(wei)(wei)這(zhe)(zhe)里的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)最高(gao)(gao)。NACE對(dui)碳鋼焊縫(feng)的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)進(jin)行了(le)嚴格的(de)(de)規定(ding)：≤200HB。這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)因為(wei)(wei)焊縫(feng)硬(ying)度(du)(du)的(de)(de)分布比母(mu)材復雜，所以對(dui)焊縫(feng)硬(ying)度(du)(du)的(de)(de)規定(ding)比母(mu)材嚴格。焊縫(feng)部(bu)位常發(fa)生破裂(lie)(lie)，一(yi)方面是(shi)(shi)由于焊接殘(can)余應力的(de)(de)作用(yong)，另一(yi)方面是(shi)(shi)焊縫(feng)金屬(shu)、熔合(he)線(xian)及(ji)熱影響區出(chu)現淬硬(ying)組(zu)織的(de)(de)結果。為(wei)(wei)防(fang)止硫(liu)裂(lie)(lie)，焊后進(jin)行有效(xiao)的(de)(de)熱處理十(shi)分必要。

5. 氫損傷 

  氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)透進入金(jin)屬內部而造成金(jin)屬性能劣化(hua)稱(cheng)為氫(qing)(qing)(qing)損傷(shang)，也稱(cheng)氫(qing)(qing)(qing)破壞。氫(qing)(qing)(qing)損傷(shang)可分為四種不同類(lei)型(xing)：氫(qing)(qing)(qing)鼓泡、氫(qing)(qing)(qing)脆、脫碳和氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕。

 ①. 氫(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)誘發階梯裂(lie)紋。

  主要發生在含(han)濕(shi)硫(liu)化(hua)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(fa)階梯(ti)裂紋(wen)一般發(fa)生在鋼板卷制的管道上(shang)。

 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(tuo)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(fan)應(ying)(ying)結果(guo)導(dao)致表面(mian)層(ceng)的(de)(de)(de)滲碳(tan)(tan)(tan)體減少，而碳(tan)(tan)(tan)便(bian)從鄰近的(de)(de)(de)尚未反(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)金屬層(ceng)逐(zhu)漸擴散到此(ci)反(fan)應(ying)(ying)區(qu)，于是有一定厚度的(de)(de)(de)金屬層(ceng)因缺碳(tan)(tan)(tan)而變(bian)為鐵素(su)體。脫碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)結果(guo)造(zao)成鋼的(de)(de)(de)表面(mian)強度和(he)疲勞極限的(de)(de)(de)降低。

 ④. 氫腐蝕

  鋼(gang)受到高溫(wen)高壓氫作用后(hou)，其力學性(xing)能劣化，強度、韌性(xing)明顯降低(di)，并(bing)且(qie)是不可逆的(de)，這種現象稱為氫腐蝕。

 氫腐蝕的歷程可用(yong)圖3-10來解釋(shi)。

  氫腐蝕的(de)過程(cheng)大致可(ke)分為(wei)三個階(jie)段(duan)：孕育(yu)期，鋼(gang)的(de)性能(neng)沒有變(bian)化；性能(neng)迅速變(bian)化階(jie)段(duan)，迅速脫碳(tan)，裂(lie)紋快速擴展；最后階(jie)段(duan)，固溶體中碳(tan)已耗(hao)盡(jin)。

  氫腐蝕的(de)(de)孕育期是重要的(de)(de)，它往往決(jue)定了鋼的(de)(de)使(shi)用壽(shou)命。

  某氫(qing)壓力(li)下產生氫(qing)腐蝕(shi)有一(yi)起始溫(wen)度，它是衡(heng)量鋼(gang)材(cai)抗氫(qing)性能的指標。低于這個溫(wen)度氫(qing)腐蝕(shi)反(fan)應(ying)速度極慢，以致孕育期超(chao)過正常使用(yong)壽命(ming)。碳鋼(gang)的這一(yi)溫(wen)度大(da)約在220℃左右。

  氫分壓(ya)也有(you)一個(ge)起始點（碳(tan)鋼(gang)大約在1.4MPa左右），即無論溫(wen)度多(duo)高，低于此分壓(ya)，只發(fa)生(sheng)表(biao)面脫碳(tan)而不發(fa)生(sheng)嚴(yan)重的氫腐蝕。

  各(ge)種抗氫鋼發生腐蝕的溫度(du)和壓力組合條件，就是(shi)著名的Nelson曲線（在很多管(guan)道(dao)器材(cai)選用標準規范內(nei)均有此(ci)曲線圖(tu)，如SH/T 3059《石油化工管(guan)道(dao)設計器材(cai)選用規范》）。

  冷(leng)加工變形，提(ti)高(gao)了碳、氫(qing)的(de)擴散能力，對腐蝕起加速作(zuo)用。

  某氮肥(fei)廠，氨合(he)成塔出(chu)口至廢熱(re)鍋爐的高壓管道，工(gong)作(zuo)溫度320℃左右(you)、工(gong)作(zuo)壓力33MPa，工(gong)作(zuo)介(jie)質為H2、N2、NH3混合(he)氣，應按Nelson曲線選用(yong)抗氫(qing)鋼。其中(zhong)有一異(yi)徑短(duan)管，由于錯用(yong)了普通碳(tan)鋼，使用(yong)不久便因氫(qing)腐蝕而破裂，造成惡性事故，損失非(fei)常慘重。