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)(li)腐蝕裂紋呈(cheng)枯樹枝(zhi)狀，大體上(shang)沿著垂(chui)直(zhi)于拉應(ying)力(li)(li)的(de)方向發展。裂紋的(de)微觀(guan)形態有(you)穿(chuan)晶(jing)(jing)型、晶(jing)(jing)間型（沿晶(jing)(jing)型）和兩者(zhe)兼有(you)的(de)混(hun)合型。
應力的來源，對于管道來說，焊接、冷加工(gong)及安裝時(shi)殘(can)余應力是(shi)主要的。
并不是任何的(de)金屬(shu)與介質(zhi)的(de)共同作用(yong)都引起應力腐蝕破(po)裂(lie)。其中金屬(shu)材(cai)料只有在某些(xie)特定的(de)腐蝕環境中，才(cai)發生應力腐蝕破(po)裂(lie)。表(biao)3-4列出了容易(yi)引起應力腐蝕開裂(lie)的(de)管(guan)道(dao)金屬(shu)材(cai)料和腐蝕環境的(de)組(zu)合。
1. 堿脆
金(jin)屬在堿(jian)液中的應力腐蝕破裂(lie)稱(cheng)堿(jian)脆。碳(tan)鋼、低合金(jin)鋼、不(bu)銹鋼等多種金(jin)屬材(cai)料皆可發(fa)生(sheng)堿(jian)脆。碳(tan)鋼（含低合金(jin)鋼）發(fa)生(sheng)堿(jian)脆的趨(qu)勢如圖3-6所示。
由圖3-6可(ke)知，氫氧化(hua)(hua)鈉濃(nong)度(du)(du)(du)在(zai)(zai)5％以上的(de)(de)(de)全部濃(nong)度(du)(du)(du)范圍內碳鋼(gang)幾乎(hu)都可(ke)能(neng)產生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)最低溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)50℃，所(suo)需堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)液的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)(du)為(wei)40％～50％，以沸點附近的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)區最易發(fa)生(sheng)(sheng)。裂紋(wen)呈晶(jing)間型。奧(ao)(ao)氏體不銹鋼(gang)發(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)趨勢如圖3-7所(suo)示。氫氧化(hua)(hua)鈉濃(nong)度(du)(du)(du)在(zai)(zai)0.1％以上的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)(du)時(shi)(shi)18-8型奧(ao)(ao)氏體不銹鋼(gang)即(ji)可(ke)發(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)。以氫氧化(hua)(hua)鈉濃(nong)度(du)(du)(du)40％最危險，這時(shi)(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)115℃左(zuo)右。超低碳不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)為(wei)穿晶(jing)型，含碳量高(gao)時(shi)(shi)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)則(ze)為(wei)晶(jing)間型或混合型。當奧(ao)(ao)氏體不銹鋼(gang)中加入(ru)2％鉬時(shi)(shi)，則(ze)可(ke)使(shi)其(qi)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)界(jie)限(xian)縮小，并向堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)高(gao)濃(nong)度(du)(du)(du)區域(yu)移動(dong)。鎳和(he)鎳基合金具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)耐應力腐蝕的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)，它的(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)范圍變得狹窄，而且位(wei)于高(gao)溫(wen)濃(nong)堿(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)區。
2. 不銹鋼的氯(lv)離子(zi)應力腐蝕(shi)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。
不銹鋼氯離(li)子應(ying)力腐蝕破裂不僅僅發(fa)生在管道(dao)的內(nei)壁，發(fa)生在管道(dao)外壁的事例也屢見不鮮，如(ru)圖(tu)3-8所示。
作為(wei)管(guan)外側的(de)腐蝕因素(su)，被認為(wei)是保(bao)(bao)溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)的(de)問(wen)題，對保(bao)(bao)溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)進行分析的(de)結果，被檢驗出(chu)含有(you)約0.5％的(de)氯離子。這個(ge)數值可(ke)認為(wei)是保(bao)(bao)溫(wen)(wen)材(cai)料(liao)中(zhong)含有(you)的(de)雜質，或由于保(bao)(bao)溫(wen)(wen)層破損、浸(jin)入(ru)的(de)雨水中(zhong)帶入(ru)并經過濃縮的(de)結果。
3. 不銹(xiu)鋼(gang)連多(duo)硫(liu)酸(suan)應力腐蝕破(po)裂
以加(jia)氫脫硫裝置最為典型，不銹鋼連多(duo)硫酸的應力腐蝕破裂(lie)頗為引人關(guan)注。
管(guan)道在(zai)正常運行(xing)時(shi)，受硫(liu)化(hua)氫腐蝕，生(sheng)成(cheng)的硫(liu)化(hua)鐵，在(zai)停(ting)車檢修時(shi)，與空氣(qi)中的氧及水反應(ying)生(sheng)成(cheng)了連(lian)多硫(liu)酸。在(zai)Cr-Ni奧氏體不銹(xiu)鋼管(guan)道的殘余應(ying)力較大的部位（焊縫熱影響區、彎管(guan)部位等）產生(sheng)應(ying)力腐蝕裂(lie)紋。
4. 硫化物(wu)腐蝕破裂
①. 金(jin)屬在(zai)同時含有硫(liu)化(hua)氫及(ji)水(shui)的介(jie)質中發生(sheng)(sheng)的應力腐(fu)蝕破(po)裂即為(wei)硫(liu)化(hua)物腐(fu)蝕破(po)裂，簡稱硫(liu)裂。在(zai)天然(ran)氣、石油采集，加工煉制(zhi)，石油化(hua)學及(ji)化(hua)肥等工業部門常常發生(sheng)(sheng)管道、閥門硫(liu)裂事故。發生(sheng)(sheng)硫(liu)裂所需的時間短則幾天，長則幾個月到幾年(nian)不等，但是未見超(chao)過十(shi)年(nian)發生(sheng)(sheng)硫(liu)裂的事例。
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。對于奧氏(shi)體(ti)不銹鋼的硫裂，氯離子和氧起促進作用，304L不銹鋼和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(yu)碳鋼和低合金(jin)鋼來說，淬火(huo)(huo)十回火(huo)(huo)的金(jin)相組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)抗(kang)硫裂最好，未(wei)回火(huo)(huo)馬(ma)氏體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)最差。鋼抗(kang)硫裂性能依淬火(huo)(huo)+回火(huo)(huo)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)→正(zheng)火(huo)(huo)十回火(huo)(huo)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)→正(zheng)火(huo)(huo)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)→未(wei)回火(huo)(huo)馬(ma)氏體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的順(shun)序遞降。
鋼的(de)強度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易發(fa)生(sheng)硫裂(lie)。鋼的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易發(fa)生(sheng)硫裂(lie)。在發(fa)生(sheng)硫裂(lie)的(de)事(shi)故中，焊縫特別是熔合(he)線是最易發(fa)生(sheng)破裂(lie)的(de)部(bu)位，這是因為(wei)這里的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)最高(gao)(gao)。NACE對碳鋼焊縫的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)進(jin)行(xing)了嚴(yan)格的(de)規定(ding)：≤200HB。這是因為(wei)焊縫硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)分布比母材(cai)復雜，所以對焊縫硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)規定(ding)比母材(cai)嚴(yan)格。焊縫部(bu)位常(chang)發(fa)生(sheng)破裂(lie)，一方面是由于(yu)焊接(jie)殘余(yu)應力的(de)作(zuo)用，另(ling)一方面是焊縫金屬、熔合(he)線及熱影響區出(chu)現淬(cui)硬(ying)(ying)組織的(de)結果。為(wei)防(fang)止硫裂(lie)，焊后進(jin)行(xing)有(you)效的(de)熱處理(li)十分必要。
5. 氫損(sun)傷
氫(qing)滲透進入(ru)金(jin)屬內部(bu)而造成金(jin)屬性(xing)能(neng)劣化稱為(wei)(wei)氫(qing)損(sun)傷，也稱氫(qing)破壞。氫(qing)損(sun)傷可分為(wei)(wei)四(si)種不同類型：氫(qing)鼓泡(pao)、氫(qing)脆、脫碳和氫(qing)腐蝕。
①. 氫(qing)鼓(gu)泡及氫(qing)誘發階梯裂紋。
主要發生在(zai)含濕硫化氫的(de)介質中。
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(you)發階梯裂紋一般發生在鋼(gang)板(ban)卷(juan)制的管道上。
②. 氫(qing)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(fan)(fan)應(ying)(ying)結(jie)果導(dao)致表面(mian)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)滲碳(tan)體(ti)(ti)減少，而碳(tan)便從(cong)鄰(lin)近的(de)(de)(de)(de)尚未反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)層(ceng)逐漸擴(kuo)散(san)到此反(fan)(fan)應(ying)(ying)區，于是有一定(ding)厚度的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)層(ceng)因缺(que)碳(tan)而變為(wei)鐵素體(ti)(ti)。脫(tuo)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果造成鋼的(de)(de)(de)(de)表面(mian)強度和疲勞(lao)極限的(de)(de)(de)(de)降低。
④. 氫腐蝕(shi)
鋼受(shou)到高溫高壓氫作用后，其(qi)力學性(xing)能劣化(hua)，強(qiang)度(du)、韌(ren)性(xing)明顯(xian)降(jiang)低，并且是(shi)不(bu)可逆(ni)的(de)，這種現象稱為氫腐蝕。
氫腐蝕的歷程可用圖3-10來解釋。
氫(qing)腐蝕的過程大致可分為三個(ge)階段：孕育(yu)期，鋼的性能(neng)沒有(you)變(bian)化(hua)；性能(neng)迅速變(bian)化(hua)階段，迅速脫碳，裂(lie)紋快速擴展；最后階段，固溶體中碳已耗盡。
氫(qing)腐蝕的(de)孕(yun)育期是重要的(de)，它往(wang)往(wang)決(jue)定了鋼的(de)使(shi)用(yong)壽命。
某(mou)氫壓力下產生氫腐蝕(shi)有一起始溫度(du)，它(ta)是衡量鋼材抗(kang)氫性(xing)能的(de)指標。低于這個溫度(du)氫腐蝕(shi)反應速度(du)極(ji)慢(man)，以致孕(yun)育(yu)期超(chao)過正常使用壽命。碳鋼的(de)這一溫度(du)大約(yue)在220℃左右。
氫(qing)(qing)分壓也有(you)一(yi)個起始點（碳鋼大約在1.4MPa左右），即無論溫度(du)多高(gao)，低于此分壓，只發(fa)生表(biao)面脫碳而(er)不發(fa)生嚴(yan)重的氫(qing)(qing)腐(fu)蝕。
各(ge)種抗氫鋼發生腐蝕的(de)(de)溫度和(he)壓(ya)力組(zu)合條件，就(jiu)是著名的(de)(de)Nelson曲線(xian)（在很多(duo)管(guan)(guan)道器材選用標(biao)準規范內(nei)均有此曲線(xian)圖，如SH/T 3059《石油化工(gong)管(guan)(guan)道設(she)計器材選用規范》）。
冷加工變形，提高(gao)了碳、氫(qing)的擴散能力，對腐蝕起加速作用(yong)。
某(mou)氮肥廠，氨合成(cheng)塔出口(kou)至廢(fei)熱鍋(guo)爐的高壓(ya)管道，工作(zuo)(zuo)溫度(du)320℃左右、工作(zuo)(zuo)壓(ya)力33MPa，工作(zuo)(zuo)介質為H2、N2、NH3混(hun)合氣(qi)，應按Nelson曲線選用抗氫(qing)鋼。其中有一異徑短管，由于錯(cuo)用了普通碳(tan)鋼，使用不久便因氫(qing)腐蝕而破裂，造成(cheng)惡性事(shi)故(gu)，損失非常慘重。
