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)腐蝕(shi)裂紋呈枯樹枝狀，大體上沿(yan)著垂直于拉應(ying)力(li)的(de)方向發(fa)展。裂紋的(de)微觀形態(tai)有(you)穿晶型(xing)、晶間型(xing)（沿(yan)晶型(xing)）和兩(liang)者(zhe)兼有(you)的(de)混合型(xing)。
應力的(de)來源，對(dui)于(yu)管道來說，焊接、冷(leng)加工(gong)及安裝(zhuang)時殘余應力是(shi)主要的(de)。
并不(bu)是任何的(de)(de)(de)金(jin)屬與介質的(de)(de)(de)共同作用都引起應力腐蝕(shi)(shi)(shi)破裂(lie)。其中金(jin)屬材(cai)料(liao)只有在某些特定(ding)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)環境中，才(cai)發生(sheng)應力腐蝕(shi)(shi)(shi)破裂(lie)。表3-4列出了(le)容易引起應力腐蝕(shi)(shi)(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)管道(dao)金(jin)屬材(cai)料(liao)和腐蝕(shi)(shi)(shi)環境的(de)(de)(de)組合。
1. 堿脆
金屬在(zai)堿液(ye)中的應力腐(fu)蝕破裂(lie)稱堿脆。碳(tan)鋼(gang)、低合金鋼(gang)、不(bu)銹鋼(gang)等多種金屬材料皆可發生堿脆。碳(tan)鋼(gang)（含低合金鋼(gang)）發生堿脆的趨勢如圖3-6所示。
由圖(tu)3-6可(ke)知，氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉(na)(na)濃度(du)(du)(du)在(zai)5％以(yi)上的全部濃度(du)(du)(du)范圍(wei)內(nei)碳鋼(gang)幾乎(hu)都可(ke)能產(chan)生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的最(zui)(zui)低溫度(du)(du)(du)為(wei)(wei)50℃，所需堿(jian)(jian)(jian)液的濃度(du)(du)(du)為(wei)(wei)40％～50％，以(yi)沸點附近(jin)的高(gao)(gao)(gao)溫區最(zui)(zui)易發生(sheng)。裂紋(wen)呈晶間型。奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的趨勢如圖(tu)3-7所示。氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉(na)(na)濃度(du)(du)(du)在(zai)0.1％以(yi)上的濃度(du)(du)(du)時(shi)18-8型奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)即可(ke)發生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)。以(yi)氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉(na)(na)濃度(du)(du)(du)40％最(zui)(zui)危險，這時(shi)發生(sheng)堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)的溫度(du)(du)(du)為(wei)(wei)115℃左右。超(chao)低碳不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)為(wei)(wei)穿晶型，含(han)碳量高(gao)(gao)(gao)時(shi)，堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)裂紋(wen)則為(wei)(wei)晶間型或混(hun)合(he)型。當(dang)奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入(ru)2％鉬(mu)時(shi)，則可(ke)使其堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)界(jie)限縮小(xiao)，并向堿(jian)(jian)(jian)的高(gao)(gao)(gao)濃度(du)(du)(du)區域移動。鎳(nie)和鎳(nie)基合(he)金具有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的耐(nai)應力(li)腐蝕的性能，它(ta)的堿(jian)(jian)(jian)脆(cui)(cui)范圍(wei)變(bian)得狹窄，而且位于高(gao)(gao)(gao)溫濃堿(jian)(jian)(jian)區。
2. 不(bu)銹鋼的氯離子應力腐蝕破裂
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(bu)銹鋼氯離子應力(li)腐蝕(shi)破裂不(bu)僅(jin)僅(jin)發生在(zai)管道(dao)的(de)內壁，發生在(zai)管道(dao)外壁的(de)事例也屢見不(bu)鮮，如圖3-8所示(shi)。
作為管外側的(de)腐蝕因素，被認為是保(bao)溫材(cai)料的(de)問題，對保(bao)溫材(cai)料進行分析的(de)結果，被檢驗出含有約0.5％的(de)氯離子。這個(ge)數值可認為是保(bao)溫材(cai)料中含有的(de)雜(za)質，或由(you)于保(bao)溫層破(po)損、浸入(ru)的(de)雨(yu)水中帶入(ru)并經過濃縮的(de)結果。
3. 不銹鋼連多硫酸應(ying)力腐蝕破裂
以(yi)加氫脫硫裝置最為典型，不銹鋼(gang)連多硫酸的應力腐蝕破(po)裂頗為引人關注。
管道在(zai)(zai)正常(chang)運行(xing)時，受硫化氫(qing)腐蝕，生成的硫化鐵，在(zai)(zai)停(ting)車檢修時，與空氣中的氧及水反應(ying)生成了連多硫酸(suan)。在(zai)(zai)Cr-Ni奧氏體(ti)不銹鋼管道的殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)較大的部(bu)位（焊縫熱影(ying)響(xiang)區(qu)、彎管部(bu)位等(deng)）產生應(ying)力(li)(li)腐蝕裂紋(wen)。
4. 硫(liu)化物腐蝕破(po)裂
①. 金屬在同(tong)時(shi)含有硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)氫(qing)及(ji)(ji)水(shui)的(de)介(jie)質中發生的(de)應力腐(fu)(fu)蝕破(po)裂即為硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物腐(fu)(fu)蝕破(po)裂，簡稱硫(liu)(liu)裂。在天然(ran)氣(qi)、石油采集(ji)，加(jia)工(gong)煉制，石油化(hua)(hua)(hua)學(xue)及(ji)(ji)化(hua)(hua)(hua)肥(fei)等工(gong)業部門常常發生管道、閥門硫(liu)(liu)裂事故。發生硫(liu)(liu)裂所需的(de)時(shi)間(jian)短則(ze)幾(ji)天，長(chang)則(ze)幾(ji)個月(yue)到(dao)幾(ji)年不等，但是未見超(chao)過十年發生硫(liu)(liu)裂的(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(shi)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(dui)于碳鋼(gang)和低合金(jin)鋼(gang)來說(shuo)，淬(cui)火(huo)(huo)(huo)十回(hui)(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)的金(jin)相組織(zhi)抗硫裂(lie)(lie)最好，未回(hui)(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)馬氏體組織(zhi)最差。鋼(gang)抗硫裂(lie)(lie)性能依淬(cui)火(huo)(huo)(huo)+回(hui)(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)組織(zhi)→正火(huo)(huo)(huo)十回(hui)(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)組織(zhi)→正火(huo)(huo)(huo)組織(zhi)→未回(hui)(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)馬氏體組織(zhi)的順序遞降。
鋼(gang)的(de)(de)(de)強度(du)越(yue)高，越(yue)易發(fa)(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)。鋼(gang)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)越(yue)高，越(yue)易發(fa)(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)。在發(fa)(fa)(fa)生(sheng)硫裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)事故中，焊(han)縫(feng)特別是(shi)熔合線(xian)是(shi)最(zui)易發(fa)(fa)(fa)生(sheng)破裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)部位，這是(shi)因(yin)為這里的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)最(zui)高。NACE對碳(tan)鋼(gang)焊(han)縫(feng)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)進行了嚴(yan)格的(de)(de)(de)規(gui)定：≤200HB。這是(shi)因(yin)為焊(han)縫(feng)硬(ying)(ying)度(du)的(de)(de)(de)分布比(bi)母(mu)材(cai)復雜，所以對焊(han)縫(feng)硬(ying)(ying)度(du)的(de)(de)(de)規(gui)定比(bi)母(mu)材(cai)嚴(yan)格。焊(han)縫(feng)部位常發(fa)(fa)(fa)生(sheng)破裂(lie)(lie)，一方(fang)面(mian)是(shi)由于焊(han)接殘余應力的(de)(de)(de)作用，另一方(fang)面(mian)是(shi)焊(han)縫(feng)金屬、熔合線(xian)及熱(re)影響(xiang)區出現淬硬(ying)(ying)組織的(de)(de)(de)結果。為防止硫裂(lie)(lie)，焊(han)后進行有效的(de)(de)(de)熱(re)處理十(shi)分必要。
5. 氫損傷
氫滲透進入金(jin)屬內部而造(zao)成金(jin)屬性能劣化稱為氫損傷，也(ye)稱氫破壞(huai)。氫損傷可分(fen)為四種不(bu)同類型(xing)：氫鼓泡(pao)、氫脆、脫碳和氫腐蝕(shi)。
①. 氫鼓泡及氫誘(you)發(fa)階梯裂紋。
主要發生在含濕硫化氫的介質中。
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。
氫鼓泡及氫誘(you)發階梯裂紋一(yi)般發生在鋼(gang)板卷制的管道上。
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(jie)果導致表面層的(de)滲碳(tan)體減少，而碳(tan)便從(cong)鄰近的(de)尚(shang)未反(fan)應(ying)的(de)金屬層逐漸擴(kuo)散到(dao)此反(fan)應(ying)區，于是有一定厚度的(de)金屬層因缺碳(tan)而變為鐵素體。脫(tuo)碳(tan)的(de)結(jie)果造成鋼的(de)表面強(qiang)度和疲勞(lao)極限的(de)降(jiang)低。
④. 氫腐蝕
鋼受到高溫高壓氫作用后，其力(li)學性(xing)(xing)能劣化，強(qiang)度、韌性(xing)(xing)明顯(xian)降(jiang)低(di)，并且是不可逆的，這種現象稱為氫腐(fu)蝕。
氫腐蝕的歷(li)程可用圖3-10來解釋(shi)。
氫腐蝕(shi)的過程大致可分為三個(ge)階(jie)段(duan)(duan)：孕育期(qi)，鋼的性(xing)能(neng)沒有變化；性(xing)能(neng)迅速變化階(jie)段(duan)(duan)，迅速脫碳，裂紋快速擴(kuo)展；最(zui)后階(jie)段(duan)(duan)，固溶體中(zhong)碳已耗盡。
氫腐蝕(shi)的孕育期是重要(yao)的，它往往決定了鋼的使用壽命。
某氫壓力下產生(sheng)氫腐蝕(shi)有一起始溫度(du)，它是衡量鋼(gang)材抗氫性能的指標。低(di)于(yu)這個溫度(du)氫腐蝕(shi)反應(ying)速度(du)極慢，以(yi)致孕育期超過(guo)正(zheng)常使(shi)用壽命。碳(tan)鋼(gang)的這一溫度(du)大約(yue)在220℃左右(you)。
氫分(fen)壓也有一(yi)個起始點（碳鋼大約在1.4MPa左(zuo)右），即(ji)無論溫度(du)多高，低(di)于此分(fen)壓，只(zhi)發生表面脫碳而不發生嚴重的氫腐蝕。
各(ge)種抗(kang)氫(qing)鋼發生腐蝕的溫度和壓(ya)力組合(he)條件，就是著(zhu)名的Nelson曲(qu)線（在很多管道(dao)器材(cai)選用(yong)標準(zhun)規(gui)范內均有此曲(qu)線圖，如SH/T 3059《石油化(hua)工管道(dao)設(she)計器材(cai)選用(yong)規(gui)范》）。
冷加工(gong)變形，提(ti)高了碳、氫的擴散能力，對(dui)腐蝕(shi)起加速作(zuo)用。
某(mou)氮肥廠(chang)，氨合成塔出口至廢熱鍋爐的高壓管道，工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)溫度320℃左(zuo)右、工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)壓力33MPa，工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)介(jie)質(zhi)為(wei)H2、N2、NH3混(hun)合氣，應按Nelson曲線選(xuan)用(yong)抗氫鋼。其中(zhong)有一異徑短管，由(you)于錯用(yong)了普通碳鋼，使(shi)用(yong)不久便因氫腐蝕而破裂，造成惡(e)性事(shi)故，損(sun)失非常慘重。
