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(li)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。
應力腐蝕裂(lie)紋(wen)呈枯樹枝狀，大體上(shang)沿著垂直于(yu)拉應力的方向發展。裂(lie)紋(wen)的微觀形(xing)態(tai)有(you)穿晶(jing)型、晶(jing)間型（沿晶(jing)型）和兩者兼有(you)的混合型。
應力(li)的(de)來源，對于管道來說，焊接、冷加工及安裝時殘余應力(li)是主(zhu)要(yao)的(de)。
并不(bu)是任(ren)何的(de)金屬與介質的(de)共同作用都引(yin)起應力腐蝕破裂(lie)。其中金屬材(cai)料只有在某些特定的(de)腐蝕環境中，才發生(sheng)應力腐蝕破裂(lie)。表3-4列出了容易引(yin)起應力腐蝕開裂(lie)的(de)管道(dao)金屬材(cai)料和腐蝕環境的(de)組合。
1. 堿脆
金(jin)(jin)屬在堿(jian)液(ye)中的應(ying)力(li)腐(fu)蝕破裂稱堿(jian)脆(cui)(cui)。碳鋼(gang)、低合金(jin)(jin)鋼(gang)、不銹鋼(gang)等多種金(jin)(jin)屬材料(liao)皆可發(fa)生堿(jian)脆(cui)(cui)。碳鋼(gang)（含低合金(jin)(jin)鋼(gang)）發(fa)生堿(jian)脆(cui)(cui)的趨(qu)勢如(ru)圖3-6所示(shi)。
由(you)圖3-6可(ke)(ke)知(zhi)，氫(qing)氧化鈉(na)濃(nong)(nong)度在5％以(yi)上(shang)的(de)(de)全部濃(nong)(nong)度范圍(wei)內碳(tan)鋼(gang)幾乎(hu)都(dou)可(ke)(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)最(zui)(zui)低溫(wen)度為(wei)50℃，所需堿(jian)(jian)(jian)液的(de)(de)濃(nong)(nong)度為(wei)40％～50％，以(yi)沸點附近的(de)(de)高(gao)溫(wen)區最(zui)(zui)易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)。裂紋(wen)呈晶間型(xing)。奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)趨勢如圖3-7所示。氫(qing)氧化鈉(na)濃(nong)(nong)度在0.1％以(yi)上(shang)的(de)(de)濃(nong)(nong)度時(shi)(shi)18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)即可(ke)(ke)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)。以(yi)氫(qing)氧化鈉(na)濃(nong)(nong)度40％最(zui)(zui)危險(xian)，這時(shi)(shi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)溫(wen)度為(wei)115℃左右(you)。超(chao)低碳(tan)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)為(wei)穿(chuan)晶型(xing)，含碳(tan)量(liang)高(gao)時(shi)(shi)，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)則為(wei)晶間型(xing)或混合(he)型(xing)。當奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中加入2％鉬時(shi)(shi)，則可(ke)(ke)使其堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)界限縮小，并向堿(jian)(jian)(jian)的(de)(de)高(gao)濃(nong)(nong)度區域移動。鎳和(he)鎳基(ji)合(he)金具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)耐應(ying)力腐蝕的(de)(de)性能(neng)，它的(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)范圍(wei)變得狹窄(zhai)，而且位于高(gao)溫(wen)濃(nong)(nong)堿(jian)(jian)(jian)區。
2. 不銹鋼的氯離(li)子(zi)應力腐蝕(shi)破裂(lie)
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(bu)銹鋼氯(lv)離子應力腐蝕破裂不(bu)僅僅發生在管道的內壁，發生在管道外壁的事例也屢見(jian)不(bu)鮮，如(ru)圖3-8所(suo)示。
作為管外側(ce)的腐(fu)蝕因素，被(bei)認(ren)為是(shi)保(bao)(bao)溫材(cai)料(liao)(liao)的問題，對保(bao)(bao)溫材(cai)料(liao)(liao)進行分析(xi)的結果，被(bei)檢驗出含有(you)約0.5％的氯離子。這個數值可認(ren)為是(shi)保(bao)(bao)溫材(cai)料(liao)(liao)中含有(you)的雜質，或由于(yu)保(bao)(bao)溫層破損、浸入的雨水中帶入并經過濃縮(suo)的結果。
3. 不銹鋼連多(duo)硫酸應力腐(fu)蝕破裂
以加氫脫硫(liu)裝置最為(wei)典(dian)型，不銹(xiu)鋼連(lian)多硫(liu)酸的(de)應力腐(fu)蝕(shi)破裂頗為(wei)引人關注。
管(guan)(guan)道(dao)在(zai)正常運行時(shi)，受硫(liu)(liu)化氫腐蝕，生(sheng)成(cheng)的硫(liu)(liu)化鐵，在(zai)停車(che)檢修(xiu)時(shi)，與空氣中的氧(yang)及水反應生(sheng)成(cheng)了連多硫(liu)(liu)酸(suan)。在(zai)Cr-Ni奧氏體不銹鋼管(guan)(guan)道(dao)的殘余(yu)應力較大的部(bu)位（焊縫熱(re)影響區、彎管(guan)(guan)部(bu)位等）產(chan)生(sheng)應力腐蝕裂紋。
4. 硫化物腐蝕破(po)裂
①. 金屬在同時含有硫(liu)(liu)化氫及水的介(jie)質中(zhong)發生(sheng)的應力(li)腐蝕破裂(lie)即為硫(liu)(liu)化物腐蝕破裂(lie)，簡稱(cheng)硫(liu)(liu)裂(lie)。在天(tian)然氣、石(shi)油(you)采集，加工(gong)煉制，石(shi)油(you)化學及化肥等工(gong)業部門(men)常常發生(sheng)管(guan)道、閥門(men)硫(liu)(liu)裂(lie)事故(gu)。發生(sheng)硫(liu)(liu)裂(lie)所需的時間短則幾(ji)天(tian)，長則幾(ji)個月到幾(ji)年(nian)不等，但是未見超過十(shi)年(nian)發生(sheng)硫(liu)(liu)裂(lie)的事例。
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(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)的硫裂，氯離子和氧起促進作用，304L不銹鋼和316L不銹(xiu)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(di)合金鋼(gang)來說，淬火(huo)十(shi)回(hui)火(huo)的金相組(zu)(zu)(zu)織(zhi)抗硫裂最(zui)(zui)好(hao)，未(wei)(wei)回(hui)火(huo)馬氏體組(zu)(zu)(zu)織(zhi)最(zui)(zui)差。鋼(gang)抗硫裂性能依淬火(huo)+回(hui)火(huo)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)→正火(huo)十(shi)回(hui)火(huo)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)→正火(huo)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)→未(wei)(wei)回(hui)火(huo)馬氏體組(zu)(zu)(zu)織(zhi)的順序遞降。
鋼(gang)的(de)強度(du)越(yue)高，越(yue)易發生(sheng)硫裂。鋼(gang)的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)越(yue)高，越(yue)易發生(sheng)硫裂。在發生(sheng)硫裂的(de)事(shi)故(gu)中(zhong)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)特別是(shi)(shi)(shi)熔(rong)合線(xian)是(shi)(shi)(shi)最易發生(sheng)破裂的(de)部位，這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)這里(li)的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)最高。NACE對碳鋼(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)進行了嚴(yan)格的(de)規定：≤200HB。這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)焊(han)(han)縫(feng)(feng)硬(ying)(ying)(ying)度(du)的(de)分(fen)布比(bi)母材(cai)復雜，所(suo)以對焊(han)(han)縫(feng)(feng)硬(ying)(ying)(ying)度(du)的(de)規定比(bi)母材(cai)嚴(yan)格。焊(han)(han)縫(feng)(feng)部位常發生(sheng)破裂，一方面(mian)是(shi)(shi)(shi)由于焊(han)(han)接殘余應(ying)力的(de)作用(yong)，另一方面(mian)是(shi)(shi)(shi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)金屬、熔(rong)合線(xian)及熱影響區出現淬硬(ying)(ying)(ying)組織(zhi)的(de)結(jie)果。為(wei)(wei)防止硫裂，焊(han)(han)后進行有效的(de)熱處理十分(fen)必要。
5. 氫損(sun)傷(shang)
氫(qing)滲(shen)透進入金屬(shu)內部而造成金屬(shu)性(xing)能劣化稱(cheng)為(wei)(wei)氫(qing)損(sun)傷，也稱(cheng)氫(qing)破壞。氫(qing)損(sun)傷可分為(wei)(wei)四種不(bu)同類(lei)型(xing)：氫(qing)鼓泡(pao)、氫(qing)脆、脫碳和氫(qing)腐蝕。
①. 氫(qing)鼓泡及(ji)氫(qing)誘發階梯裂紋。
主要發生在含濕(shi)硫化氫(qing)的介質中(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S2-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(qing)鼓泡及氫(qing)誘發階梯(ti)裂紋一般(ban)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(tan)
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)應結果(guo)導致表(biao)面(mian)層(ceng)的(de)(de)滲(shen)碳體減(jian)少，而碳便從(cong)鄰近的(de)(de)尚(shang)未反(fan)應的(de)(de)金(jin)屬層(ceng)逐漸擴散到此(ci)反(fan)應區，于是(shi)有一定厚(hou)度(du)的(de)(de)金(jin)屬層(ceng)因缺碳而變為鐵素(su)體。脫碳的(de)(de)結果(guo)造成(cheng)鋼的(de)(de)表(biao)面(mian)強度(du)和(he)疲勞極限的(de)(de)降(jiang)低。
④. 氫(qing)腐蝕
鋼受(shou)到高(gao)溫高(gao)壓氫作(zuo)用后，其力學性(xing)能(neng)劣化，強(qiang)度、韌性(xing)明顯降低，并且是不可逆的，這種現象稱為氫腐蝕(shi)。
氫腐蝕的歷程(cheng)可用圖3-10來解釋(shi)。
氫腐蝕的過程大致(zhi)可(ke)分(fen)為三個階段(duan)：孕育(yu)期，鋼(gang)的性能沒有變化；性能迅速(su)變化階段(duan)，迅速(su)脫碳(tan)，裂紋快速(su)擴(kuo)展；最后階段(duan)，固(gu)溶體中碳(tan)已(yi)耗盡(jin)。
氫(qing)腐蝕的(de)孕育期是重要的(de)，它往往決定了鋼的(de)使(shi)用壽命(ming)。
某氫壓力下產生氫腐蝕(shi)有一(yi)起始溫度，它是衡(heng)量鋼材抗氫性能的指標(biao)。低于這個溫度氫腐蝕(shi)反應速度極慢，以致孕育期超過正常使用壽(shou)命。碳鋼的這一(yi)溫度大約(yue)在220℃左右(you)。
氫分壓(ya)也有一個起始點(dian)（碳鋼大約在1.4MPa左右），即無論溫度多高，低于此分壓(ya)，只發(fa)生表(biao)面(mian)脫碳而不(bu)發(fa)生嚴重(zhong)的氫腐蝕。
各種抗氫鋼(gang)發生腐蝕的(de)溫度和壓力組合條件，就是著名的(de)Nelson曲線（在很多管(guan)道(dao)器(qi)材選用(yong)標準規范內均有此曲線圖，如(ru)SH/T 3059《石油化工管(guan)道(dao)設計器(qi)材選用(yong)規范》）。
冷加工變形，提高了碳、氫(qing)的(de)擴散能力，對腐蝕起加速作用。
某(mou)氮(dan)肥廠，氨合成(cheng)塔出口至廢(fei)熱鍋(guo)爐的高壓(ya)管(guan)道，工作(zuo)溫度320℃左右、工作(zuo)壓(ya)力33MPa，工作(zuo)介質為H2、N2、NH3混合氣，應(ying)按Nelson曲線選用(yong)(yong)抗氫鋼(gang)。其中(zhong)有一異徑短管(guan)，由于錯用(yong)(yong)了普通碳鋼(gang)，使用(yong)(yong)不久便因氫腐蝕而破裂，造成(cheng)惡(e)性(xing)事(shi)故，損失非(fei)常慘重。
