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(po)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)(ying)力腐蝕裂(lie)紋呈枯樹枝狀(zhuang)，大體上沿著垂直(zhi)于拉應(ying)(ying)力的(de)方向發展。裂(lie)紋的(de)微觀形態有穿晶(jing)型、晶(jing)間型（沿晶(jing)型）和兩(liang)者兼有的(de)混合型。
應力的(de)來源，對于管道來說，焊接、冷加工及安裝(zhuang)時殘(can)余(yu)應力是(shi)主要的(de)。
并不是任(ren)何的金(jin)屬(shu)與(yu)介質的共同作用(yong)都引(yin)(yin)起應力腐(fu)蝕破裂(lie)(lie)。其中(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)只有在(zai)某些特定(ding)的腐(fu)蝕環境(jing)中(zhong)(zhong)，才發生(sheng)應力腐(fu)蝕破裂(lie)(lie)。表3-4列出了容(rong)易引(yin)(yin)起應力腐(fu)蝕開裂(lie)(lie)的管道金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)和腐(fu)蝕環境(jing)的組合。
1. 堿脆
金屬(shu)在堿液中的(de)應力腐蝕破(po)裂稱堿脆。碳鋼(gang)、低合(he)金鋼(gang)、不銹鋼(gang)等多種金屬(shu)材料皆可發生堿脆。碳鋼(gang)（含低合(he)金鋼(gang)）發生堿脆的(de)趨勢如(ru)圖3-6所示。
由圖3-6可(ke)知，氫氧化(hua)鈉(na)(na)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)在5％以上(shang)的(de)(de)(de)(de)全部(bu)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)范圍內碳鋼幾(ji)乎都可(ke)能產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)最低溫度(du)為(wei)50℃，所(suo)需堿(jian)(jian)(jian)(jian)液(ye)的(de)(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)為(wei)40％～50％，以沸點附近的(de)(de)(de)(de)高溫區(qu)最易發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)。裂(lie)(lie)紋(wen)呈晶間型(xing)。奧(ao)氏(shi)體不銹鋼發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)趨勢如圖3-7所(suo)示。氫氧化(hua)鈉(na)(na)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)在0.1％以上(shang)的(de)(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)時(shi)18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼即(ji)可(ke)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)。以氫氧化(hua)鈉(na)(na)濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)40％最危(wei)險，這(zhe)時(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)為(wei)115℃左右(you)。超低碳不銹鋼的(de)(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂(lie)(lie)紋(wen)為(wei)穿晶型(xing)，含碳量高時(shi)，堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂(lie)(lie)紋(wen)則為(wei)晶間型(xing)或混合(he)(he)型(xing)。當奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中(zhong)加入2％鉬時(shi)，則可(ke)使其(qi)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)界限縮(suo)小，并向(xiang)堿(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)高濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)區(qu)域移(yi)動。鎳和鎳基(ji)合(he)(he)金具有較高的(de)(de)(de)(de)耐應力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)性(xing)能，它(ta)的(de)(de)(de)(de)堿(jian)(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)范圍變得狹窄(zhai)，而且位于高溫濃(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)堿(jian)(jian)(jian)(jian)區(qu)。
2. 不銹鋼的氯離(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(xiu)鋼氯離子應力腐蝕破裂不僅僅發(fa)生在(zai)管道(dao)(dao)的內壁，發(fa)生在(zai)管道(dao)(dao)外壁的事例也(ye)屢(lv)見不鮮，如(ru)圖3-8所示(shi)。
作為管外側的腐蝕因(yin)素，被(bei)認為是保(bao)溫(wen)材料的問題，對(dui)保(bao)溫(wen)材料進行分(fen)析的結(jie)果(guo)，被(bei)檢驗出含(han)有約0.5％的氯離(li)子。這個數(shu)值可認為是保(bao)溫(wen)材料中含(han)有的雜質，或由于保(bao)溫(wen)層破(po)損(sun)、浸(jin)入的雨水中帶入并(bing)經過濃縮的結(jie)果(guo)。
3. 不銹鋼連多硫(liu)酸(suan)應力腐蝕破裂(lie)
以加氫脫硫裝置最為典(dian)型，不銹鋼連(lian)多硫酸的應力(li)腐蝕破(po)裂頗為引人關注。
管(guan)(guan)道(dao)在(zai)正常運(yun)行時，受硫(liu)化氫腐蝕(shi)，生(sheng)成的硫(liu)化鐵，在(zai)停(ting)車(che)檢修時，與空(kong)氣(qi)中的氧及水反應生(sheng)成了(le)連多硫(liu)酸。在(zai)Cr-Ni奧氏體不(bu)銹鋼管(guan)(guan)道(dao)的殘余應力(li)較大的部(bu)位（焊(han)縫熱影響區、彎管(guan)(guan)部(bu)位等）產生(sheng)應力(li)腐蝕(shi)裂紋。
4. 硫化物腐蝕破(po)裂
①. 金屬在同時(shi)含有硫(liu)(liu)化氫及水(shui)的(de)介質中發(fa)生的(de)應力腐(fu)蝕破裂(lie)(lie)即為(wei)硫(liu)(liu)化物腐(fu)蝕破裂(lie)(lie)，簡稱硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)。在天然氣、石油(you)采集(ji)，加工(gong)煉制，石油(you)化學及化肥等工(gong)業部門常常發(fa)生管道、閥門硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)事(shi)故。發(fa)生硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)所(suo)需的(de)時(shi)間短則(ze)幾天，長則(ze)幾個月到幾年不等，但是未見超過十(shi)年發(fa)生硫(liu)(liu)裂(lie)(lie)的(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(gang)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(gang)和低合(he)金鋼(gang)來說，淬火(huo)(huo)十回(hui)火(huo)(huo)的金相組(zu)(zu)(zu)織抗硫(liu)裂最好，未回(hui)火(huo)(huo)馬氏(shi)(shi)體組(zu)(zu)(zu)織最差。鋼(gang)抗硫(liu)裂性能依(yi)淬火(huo)(huo)+回(hui)火(huo)(huo)組(zu)(zu)(zu)織→正(zheng)火(huo)(huo)十回(hui)火(huo)(huo)組(zu)(zu)(zu)織→正(zheng)火(huo)(huo)組(zu)(zu)(zu)織→未回(hui)火(huo)(huo)馬氏(shi)(shi)體組(zu)(zu)(zu)織的順序遞降。
鋼(gang)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易發(fa)生(sheng)硫(liu)裂。鋼(gang)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，越(yue)易發(fa)生(sheng)硫(liu)裂。在發(fa)生(sheng)硫(liu)裂的(de)(de)(de)事故(gu)中，焊(han)(han)縫(feng)特別是(shi)(shi)熔合線是(shi)(shi)最易發(fa)生(sheng)破裂的(de)(de)(de)部位(wei)，這是(shi)(shi)因為(wei)這里的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)最高(gao)(gao)。NACE對碳鋼(gang)焊(han)(han)縫(feng)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)進(jin)(jin)行了嚴格的(de)(de)(de)規定(ding)：≤200HB。這是(shi)(shi)因為(wei)焊(han)(han)縫(feng)硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)分(fen)布比(bi)母材(cai)(cai)復雜，所以對焊(han)(han)縫(feng)硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)規定(ding)比(bi)母材(cai)(cai)嚴格。焊(han)(han)縫(feng)部位(wei)常發(fa)生(sheng)破裂，一方(fang)面(mian)是(shi)(shi)由于(yu)焊(han)(han)接(jie)殘余應力(li)的(de)(de)(de)作用，另一方(fang)面(mian)是(shi)(shi)焊(han)(han)縫(feng)金屬(shu)、熔合線及(ji)熱(re)影響區(qu)出(chu)現淬硬(ying)(ying)組(zu)織的(de)(de)(de)結果。為(wei)防(fang)止硫(liu)裂，焊(han)(han)后進(jin)(jin)行有效的(de)(de)(de)熱(re)處理十(shi)分(fen)必(bi)要。
5. 氫(qing)損傷
氫(qing)滲透進(jin)入金屬內部而造成金屬性能劣化稱(cheng)為(wei)氫(qing)損傷(shang)，也稱(cheng)氫(qing)破壞。氫(qing)損傷(shang)可分為(wei)四種不同類(lei)型(xing)：氫(qing)鼓泡(pao)、氫(qing)脆(cui)、脫碳和氫(qing)腐(fu)蝕。
①. 氫鼓泡及(ji)氫誘發階梯裂紋。
主(zhu)要發生(sheng)在含濕硫(liu)化(hua)氫的介質中。
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(gu)泡及氫(qing)誘(you)發階梯裂紋一般發生在(zai)鋼板卷制的(de)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)結果(guo)導致表面(mian)(mian)層的(de)(de)滲碳體減(jian)少，而(er)碳便從(cong)鄰(lin)近(jin)的(de)(de)尚未反(fan)應(ying)的(de)(de)金屬層逐漸擴散到此反(fan)應(ying)區，于是有一定(ding)厚度的(de)(de)金屬層因缺碳而(er)變為鐵素體。脫碳的(de)(de)結果(guo)造成鋼的(de)(de)表面(mian)(mian)強(qiang)度和(he)疲勞極限的(de)(de)降低。
④. 氫腐蝕
鋼(gang)受到高(gao)溫高(gao)壓氫(qing)作(zuo)用后，其(qi)力學(xue)性能劣化，強度、韌性明顯降低，并且(qie)是不可逆的，這種現象稱為氫(qing)腐蝕(shi)。
氫腐蝕的歷程可(ke)用圖3-10來解釋。
氫腐蝕(shi)的過程大致可分為三個階段：孕育期，鋼的性能沒有(you)變(bian)化；性能迅(xun)速變(bian)化階段，迅(xun)速脫(tuo)碳(tan)，裂紋快速擴展；最后階段，固溶體中碳(tan)已耗(hao)盡。
氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的孕(yun)育期是重要的，它往往決(jue)定了鋼的使用壽命。
某氫壓力下(xia)產生(sheng)氫腐蝕有一起(qi)始溫度，它是衡(heng)量鋼材抗(kang)氫性(xing)能的指標。低(di)于這(zhe)個溫度氫腐蝕反(fan)應速度極慢，以(yi)致孕育期超過正常使用壽命。碳鋼的這(zhe)一溫度大約在220℃左右。
氫(qing)分壓也有一個起始點（碳鋼大約在1.4MPa左右），即無論溫度多高，低于此分壓，只發生表面脫碳而(er)不發生嚴(yan)重的(de)氫(qing)腐(fu)蝕。
各種抗氫鋼發(fa)生腐蝕的溫度和壓力組(zu)合條件，就是著名(ming)的Nelson曲(qu)線(xian)（在很(hen)多管(guan)道器材選用標準規范內均有此曲(qu)線(xian)圖，如SH/T 3059《石油化(hua)工管(guan)道設計器材選用規范》）。
冷加工變形，提高了碳(tan)、氫的(de)擴散能力，對(dui)腐(fu)蝕起加速作用。
某氮(dan)肥廠，氨合成(cheng)塔出口至廢熱鍋爐(lu)的高壓管(guan)道，工(gong)作(zuo)溫度320℃左右、工(gong)作(zuo)壓力33MPa，工(gong)作(zuo)介質為H2、N2、NH3混合氣，應按(an)Nelson曲(qu)線選用抗氫鋼(gang)。其(qi)中有一異徑短管(guan)，由于錯用了普(pu)通碳鋼(gang)，使用不久便因氫腐蝕而破裂，造成(cheng)惡(e)性(xing)事(shi)故(gu)，損失非常慘重(zhong)。
