附录H-应力腐蚀开裂技术模块
H.1 范围
本模块为其破坏机理造成应力腐蚀开裂（SCC）的工艺设备建立一套技术模块次因子（可能的失效修正系数）。碱腐蚀开裂、胺腐蚀开裂、硫化物应力腐蚀开裂（SSC）、氢致开裂（HIC）、应力取向氢致开裂（SOHIC）、碳酸盐腐蚀开裂、连多硫酸腐蚀开裂（PTA）和氯化物腐蚀开裂（ClSCC）都在本模块范围内。有关造成应力腐蚀开裂的特定破坏机理的敏感性估计的技术补遗也包含在本模块中。专家的建议也可用于确定应力腐蚀开裂的敏感性。
H.2 技术模块筛选问题
没有可避开应力腐蚀开裂技术模块的筛选问题，所有设备都应输入此模块。
H.2.1必需数据
表H-1中列出了确定应力腐蚀开裂技术模块次因子必备的最少基本数据。
H.2.2附加数据
附加数据要求用于回答表H-2中列出的应力腐蚀（SCC）机理的筛选问题。各种SCC机理所需的更多数据列在各补遗基本数据表的开始部分。
H.3 基本假设
本技术模块假设每种SCC机理的敏感性均可由本模块中适用的章节确定。根据工艺、材料、制造参数将敏感性分为高、中、低三种等级。可确定“严重度指数”，它是设备/管道对裂纹（或萌生裂纹的可能性）的敏感性和一个裂纹导致泄漏的可能性的乘积。
本技术模块还以一种简单的方式处理已知的裂纹。由于某一特定裂纹或裂纹组引起的设备/管道损失效的可能性应通过使用更为先进的方法或合于使用评估进行进一步评估。
H.4 技术模块次因子（TMSF）的确定
确定技术模块次因子的流程图见图H-1A和H-1B。各个步骤及所需的表格在下面进行讨论。
H.4.1技术补遗的筛选问题
表H-2列出的的筛选问题，用于选择适用的SCC机理。
H.4.2确定每种潜在SCC机理的敏感性
关于每一SCC机理的各章节将确定该设备中可能的敏感性。
H.4.2.1存在裂纹的调整
如果设备中已经检测到SCC，那么其敏感性则认为是“高”。如果检测到的SCC的机理是已知的，则其敏感性应提升为“高”。如果检测到的SCC的机理是未知的，则所有潜在机理的开裂敏感性都应升为“高”。
H.4.3确定严重度指数
将各种SCC机理的敏感性输入表H-3，确定每种潜在/已有SCC机理严重度指数。
没有进行过检验的设备的严重度指数，将在下面每种应力腐蚀开裂机理中概述。
H.4.3.1最大严重度指数
249
确定最大严重度指数并确定哪一种机理将导致最大严重度指数。
H.4.4检验有效性
检验按裂纹检验的预期效果进行分级。对于一给定的检验技术或检验技术的组合，其实际效果取决于特定开裂机理的特点和其他因素。
表H-4A到表H-4F为检验的实例，包括侵入形（需要进入设备内部）和非侵入性（可以在外部执行）的方法。注意对每种开裂机理来说检验效果的类别会有所不同。
表H-1分析应力腐蚀开裂所需的基本数据
基本数据说明
对SCC的敏感性（高、中、低）按各相关技术补遗或专家建议确定敏感性。
运行压力（psi）最高预计运行压力（可能是泄压阀设定压力，除非压力不可能
达到该水平）。
MAWP（psi）此压力用来确定最小允许壁厚，如果无法取得MAWP，设计压
力可用于该输入项。
运行温度（℉）运行中预计的最高期望运行温度，（考虑正常和非正常运行条
件）
SCC和开裂机理（如果已知）（碱、胺、SSC、HIC/SOHIC、碳酸盐腐蚀、PTA、CISCC，未知）的存在通过检验记录、失效分析或专家建议来确定开裂机理。如果开裂原因未知，可采用更保守的破坏系数。
最后一次SCC检验时间（年数）通过检验历史确定距上次SCC检验的年数。
检验效果分类对设备进行的检验有效性类别。关于对每种SCC机理指定检验
有效性类别的指南，参见表H-4。
在线监测（氢探针、工艺参数或组合）采用的经验腐蚀监测方法和工具的类型。如氢探针和/或工艺参数监测。
检验次数已进行的每一有效性类别中的检验次数。
表H-2SCC机理的筛选问题
筛选问题结果
1.碱腐蚀开裂
材料是否为碳钢或低合金钢？
环境中是否含有任何浓度的碱性介质？
如果两者都是，转至表H-5。
2.胺腐蚀开裂
建造材料是否为碳钢或低合金钢？
设备是否暴露于酸气处理胺中？（MEA、DEA、DIPA、
MDEA、等等）
如果两者都是，转至表H-6。
3.SSC/HIC/SOHIC
建造材料是否为碳钢或低合金钢？
环境中是否含有水和H2S？
如果两者都是，转至表H-7和H-8。
4.碳酸盐腐蚀开裂
建造材料是否为碳钢？
环境中是否含有pH＞7.5的酸水？
如果两者都是，转至表H-9。
5.连多硫酸腐蚀开裂（PTA）
建造材料是否为奥氏体不锈钢或镍合金钢？
设备是否暴露于含硫化合物？
如果两者都是，转至表H-10。
6.氯化物应力腐蚀开裂（ClSCC）
材料是否为奥氏体不锈钢？
材料是否暴露于或可能暴露于也考虑了干扰和在该设备
中为工艺条件而保留的水压试验水氯化物和水中？
如果都是，转至表H-1。
250
运行温度在100℉和300℉之间吗？
。
如果两者都是，转至表H-12和H-13 7.氢应力开裂（HSC-HF、HIC/SOHIC-HF）
材料是否为碳钢或低合金钢？
设备是否暴露于氢氟酸中？
252
表H-3确定严重度指数
严重度指数
敏感性
碱性腐蚀剂胺碳酸盐
SSC、
HSC-HF
HIC/SOHIC CLSCC PIA
高中低无5000
500
50
1
1000
100
10
1
1000
100
10
1
100
10
1
1
100
10
1
1
5000
500
50
1
5000
500
50
1 表H-4A碱性腐蚀开裂检验有效性
检验有效性类
别
例
侵入性检验
例
非侵入性检验
高度有效对25-100%的焊缝/冷弯头进行的湿荧光磁
粉或着色渗透检验；对25-100%的焊缝/冷弯
头进行的着色渗透检验；对25-100%的焊缝/冷弯头进行的剪切波超声检验或对50-100%的焊缝/冷弯头进行的射线检验。
通常有效对10-24%的焊缝/冷弯头进行的湿荧光磁粉
或着色渗透检验；对10-24%的焊缝/冷弯头
进行的着色渗透检验；对10-24%的焊缝/冷弯头进行的剪切波超声检验或对25-49%的焊缝/冷弯头进行的射线检验。
十分有效对少于10%的焊缝/冷弯头进行的湿荧光磁
粉或着色渗透检验；对少于10%的焊缝/冷弯
头进行的着色渗透检验；对少于10%的焊缝/冷弯头进行的湿荧光磁粉或着色渗透检验；对少于25%的焊缝/冷弯头进行的着色渗透检验；
效果差肉眼检查。肉眼检查是否存在泄漏。无效不检查。不检查。
表H-4B胺腐蚀开裂和碳酸盐腐蚀开裂检验有效性
检验有效性分
类
例
侵入性检验
例
非侵入性检验
高度有效对100%的修复焊缝和50%的焊缝/冷弯
头进行的湿荧光磁粉检验；
无。
通常有效对20-49%的焊缝/冷弯头进行的湿荧光
磁粉检验。对50-100%的焊缝/冷弯头进行的剪切波超声检验；或声发射检验后再进行剪切波超声检验。
十分有效对少于20%的焊缝/冷弯头进行的湿荧
光磁粉检验；或对50-100%的焊缝/冷弯
头进行的干荧光磁粉检验；或对
50-100%的焊缝/冷弯头进行的着色渗透
检验。对20-49%的焊缝/冷弯头进行的剪切波超声探伤检验
效果差对小于50%的焊缝/冷弯头进行的干荧
光磁粉检验；或对小于50%的焊缝/冷弯
头进行的着色渗透检验。对少于20%的焊缝/冷弯头进行的剪切波超声检验；或射线照相法检验；或进行泄漏目测检查。
无效目测检查。不检查。
253
表H-4C硫化物应力腐蚀开裂和氢致应力腐蚀开裂检验有效性
检验有效性分类
例
侵入性检验
例
非侵入性检验
高度有效湿荧光磁粉检验25-100%的焊件。沿着去除焊帽后的焊缝横向和与其平行进行
25-100%剪切波超声波检验；或声发射检验后
再进行剪切波超声检验。
通常有效湿荧光磁粉检验10-24%的焊件；或干磁
粉检验25-100%的焊件；或对25-100%
焊件进行着色渗透检验。对10-20%的焊件进行剪切波超声检验和50-100%的焊件进行射线照相检验。
十分有效湿荧光磁粉检验小于10%的焊件；或干
磁粉检验25%的焊件；或着色渗透检验
少于25%的焊件；对少于10%的焊件进行剪切波超声检验和20-49%的焊件进行射线照相检验。
效果差目测检查。对少于20%的焊缝进行射线检验。无效不检查。不检查
表H-4D HIC/SOHICH和HIC/SOHIC-HF检验有效性
检验有效性分类
例
侵入性检验
例
不侵入性检验
高度有效湿荧光磁粉检验50-100%的焊件，加上对次
表裂纹的UT检验。
无
通常有效湿荧光磁粉检验20-49%的焊件。对20-100%的焊件进行自动剪切波超声检
验；或声发射检验后再进行剪切波超声检
验。
十分有效湿荧光磁粉检验小于20%的焊件；或干磁粉检验50-100%的焊件；或着色渗透法检验
50-100%焊件。对少于20%的焊件进行自动剪切波超声检验；或对20-100%的焊件进行手动剪切波超声检验。
效果差着色渗透检验小于50%焊件；氢鼓包目测。对小于20%的焊件进行手动剪切波超声检
验。
无效不检查。射线检验
表H-4E PTA检验有效性
检验有效性分类
例
侵入性检验
例
非侵入性检验
高度有效着色渗透法（25%以上）射线照相检验（25%以上）。
剪切波超声探伤（25%以上）。通常有效着色渗透法射线照相检验（5%）。
剪切波超声波探伤（25%以上）。十分有效着色渗透法（10%）定点射线照相检验。
定点剪切波超声探伤检验。
效果差肉眼检查。肉眼检查泄漏。
无效不检查。不检查。
254
表H-4F ClSCC 检验有效性
检验有效性分类 例 侵入性检验
例
非侵入性检验
高度有效
对50-100%焊件进行着色渗透检验
对25-100%的焊件进行剪切波超声检验 通常有效 对25-50%焊件进行着色渗透检验
对10-20%的焊件进行剪切波超声检验，对50-100%的焊件进行射线检验
十分有效 对少于25%焊件进行着色渗透检验 对小于10%的焊件进行剪切波超声检验，对20-49%的焊件进行射线检验 效果差 肉眼检查 肉眼检查泄漏 无效 不检查。
不检查
H.4.5 技术模块次因子随时间的增长
假设开裂的可能性由于暴露于干扰条件或其他非正常条件的增加而将会随自上次检验以来的时间增长。因而，TMSF 应当按下列关系增加：
最终TMSF=TMSF ×（上次检验以来的年数）
例如：某一设备/管道的TMSF 值为10，如果5年内没有任何检验，其值将变为58，若10年内没有任何检验，其值将变为125。此蔓延系数不适用PTA 。
H.4.6 在线监测技术模块次因子的调整
除检验之外，使用氢探针和/或关键工艺变量的在线监测也影响HIC/SOHIC 的敏感性。在线监测的优点在于它可以在重大开裂破坏出现前，由于工艺变量的变化引起的SCC 敏感性的变化可被探测出，从而改变SCC 的敏感性。更早的探测使得可以更及时采取措施，以减少失效的可能性。对于HIC/SOHIC ，采用用氢探针或关键工艺变量监测方法的一种时，采用的在线监测系数为2，若两种方法同时使用，则系数为4。用TMSF 除以此系数。当TMSF 为1时，不能采用此系数。在线监测系数不适用于其它任何应力腐蚀开裂机理。
表H-5 确定技术模块次因子
检验编号 1 2 3 4 5 6 检验有效性 检验有效性 检验有效性 检验有效性 检验有效性 检验有效性
最大严重度指数 没有检验
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 111
111111 1 1 1 1 11
110 10 8 3 1 1 6 2 1 1 411121111 1 1 1 1 11150 50 40 17 5 3 30 10 2 1 20511100115 1 1 1 1 111100 100 80 33 10 5 60 20 4 1 4010212021110 2 1 1 5 111500 500 400 170 50 25 300 100 20 5 200508110012215010 1 1 25 5111000 1000800 330 100 50 600 200 40 10 400100162200505110025 2 1 50 10115000 500040001670500 25030001000250 50 2000500
80101000250252500125 5 1 250 5021
255
H.5 碱腐蚀开裂
H.5.1破坏说明
碱腐蚀开裂可以定义为在存在高温氢氧化钠（NaOH）情况下，金属在拉伸应力和和腐蚀共同作用下的开裂。实际上，裂纹在本质上主要晶间裂纹，在碳钢中以便作为网状的细裂纹发生。铁素体低合金钢具有类似开裂敏感性。有三个参数决定钢制件对碱腐蚀开裂的敏感性。它们是碱液的浓度、金属温度和拉伸应力大小。工业经验表明有些腐蚀性开裂发生在几天内，而更多的需要一年或一年以上的延长暴露时间。增加碱液浓度或金属温度可以提高开裂速度。
表H-3提供了碳钢碱腐蚀开裂敏感性的信息。碳钢在金属温度小于115℉时不会出现腐蚀性开裂。在115℉到180℉范围之间，开裂敏感性是碱液浓度的一个函数。超过180℉，开裂敏感性也是碱液浓度的一个函数。180℉以上时，超过5%（WT）所有碱浓度，都有很高的开裂可能性。尽管开裂敏感性在碱浓度小于5%时非常低，但是存在高温情况时（接近沸腾）会产生局部的高浓度区而增加开裂的敏感性。该现象的明显的案例历史包括把碱液加到控制pH值的塔器时蒸馏塔的碱腐蚀开裂当垫片泄漏液使螺栓暴露于给水泄漏液时锅炉给水设备或管道的螺栓碱腐蚀开裂。对于温度，关键考虑是实际的金属温度，而不仅仅是正常工艺温度。有许多仍然含碱液、安装有蒸汽伴随加热管道的“环境温度”碱设备的碱腐蚀开裂的案例历史。
焊接态或弯曲态碳钢和低合金钢组件由于在靠这些方法制造后保留的残余应力水平高，对碱腐蚀开裂敏感。制造后消除应力热处理（如焊后热处理）是一种业经证明有效的防止碱腐蚀开裂的方法。每英寸厚度在大约1150℉下保温一小时（最少一小时）的热处理方法被认为是一种有效的防止碳钢碱腐蚀开裂的消除应力热处理方法。
H.5.2基本数据
表H-6中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管道对碱腐蚀开裂敏感性所需的数据。如果准确的工艺参数未知，则需请联系知识丰富的工艺工程师来获得最佳的估计值。
H.5.3确定碱腐蚀开裂敏感性
使用表H-6中的基本数据，进入图H-2的决策树来确定碱腐蚀开裂敏感性。
参考文献
[1] Corrosion Data Survey—Metals Section, NACE International, Houston, TX, Fifth Edition (March 1974), p. 274.
[2] NACE-5, Stress Corrosion Cracking of Hydrogen Enbrittlement of Iron Base Alloys, Edited by R. W. Staehle, et al, NACE
International, Houston, TX, 1977, pp.583-587.
[3] P. Gegner, “Corrosion Resistance of Materials in Alkalies and Hypochlorites,” Process Industries Corrosion, NACE
International, Houston TX, 1975, pp.296-305.
[4] J. K. Nelson, “Materials of Construction for Alkalies and Hypochlorites,” Process Industries Corrosion—The Theory and
Practice, NACE International, Houston, TX, 1986, pp.297-310
256
表H-6碱腐蚀开裂分析所需的基本数据
基本数据说明
NaOH浓度（%）确定该设备和管道中处理的碱液的浓度。要考虑是否由于水的加热和闪
蒸而出现局部的较高浓度区。
最高工艺温度（℉）确定该设备和管道中的最高工艺温度。考虑当在一碱液注入点时因混合
而产生的局部加热。
伴热？（是或否）确定设备和管道是否是蒸汽伴热或电伴热管道。（如：防冻保护）
吹汽？（是或否）确定设备和管道在水冲洗以冲洗掉残余碱液前是否已排出蒸汽。
消除应力？（是或否）确定设备和管道是否在焊接后和冷成型后进行了正确的消应处理。
257
258
H.6 胺腐蚀开裂
H.6.1破坏说明
胺腐蚀开裂可以定义为在高温烷醇胺水溶液存在情况下，一金属在拉伸应力和腐蚀共同作用下产生的开裂。实际上，裂纹主要发生在晶间，在碳钢中一般表现为网状的、细小的、充满腐蚀物的裂纹。铁
259
素体低合金钢也具有开裂敏感性。胺腐蚀开裂一般在使用烷醇胺水溶液从各种气体中或碳氢化合物液态流体中去除诸如H2S或CO2等酸性气体的胺处理装置中观察到。有四个参数用来评价钢制件对胺腐蚀开裂的敏感性。它们是胺的种类、胺溶液成分、金属温度、拉伸应力水平。
关于胺的种类，NACE调查结果表明胺腐蚀开裂最常见于乙醇胺（MEA）和二异丙醇胺(DIPA)装置中，其次出现在二乙醇胺（DEA）装置中，更少出现在甲基二乙醇胺（MDEA）、硫醇和二甘醇胺（DGA）装置中。
研究得出结论：开裂在狭窄的电化学电势范围内发生，此电势非常依赖于胺溶液的成分。碳酸盐是关键的溶液杂质，其他杂质如氯化物、氰化物等，都表现出对开裂的敏感性有影响。尽管机理是清楚的，但是在役设备和管道的电化学电势不容易测到。在MEA溶液中，胺浓度是开裂敏感性的一个因素，已经表明在该溶液中开裂敏感性在15-35%浓度范围内较高。对其他胺溶液中的这一关系还没有充分的理解，但值得注意的是在一般使用较高浓度的胺溶液的MDEA和硫醇装置中，开裂敏感性较低。
关于胺溶液的成分，开裂一般发生在强碱且含有很低浓度的酸性气体的贫烷醇胺溶液中。胺腐蚀开裂不出现在新鲜胺液，也就是那些还没有暴露于酸性气体的胺液。胺腐蚀开裂不大可能出现在含有高浓度的酸性气体的富烷醇胺溶液中。在富胺溶液中，其他的开裂形式更常见。（见注）关于温度，在高温下，胺腐蚀开裂敏感性一般较高，一个关键考虑是实际金属温度，而不仅仅是正常工艺温度。在低温下正常运行但有伴热或吹汽的设备和管道中，开裂在水冲洗以去除残留的胺溶液之前已经发生。
关于拉伸应力水平。焊接态和冷弯态碳钢和低合金钢制件因在靠这些方法制造后残留的残余应力高而对胺腐蚀开裂敏感。制造后消除应力热处理（如焊后热处理）的应用是一种业经证明有效的防止胺腐蚀开裂的方法。每英寸厚度在大约1150℉下保温一小时（最少一小时）的热处理方法被认为是一种有效防止碳钢胺腐蚀开裂的消除应力热处理方法。
注：已经报道过在胺设备中出现的其他开裂形式。这些形式中的大部分发生在暴露于富烷醇胺溶液的设备和管道中，且一般是氢破坏类型，如硫化物应力腐蚀（SSC），氢致开裂（HIC）和应力取向氢致开裂（SOHIC）。这些不包括在本部分，但在本模块的其他部分涉及。
H.6.2基本数据
表H-6中列出的数据用来确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管道对胺腐蚀开裂敏感性。如果不知道准确的工艺参数，则请教知识丰富的工艺工程师来获得最佳的估计值。
表H-7胺腐蚀开裂分析所需的基本数据
基本数据说明
胺的类型确定该设备/管道中处理的是哪一类型的胺。
胺液的成分确定该设备/管道中处理的胺溶液的成分。新鲜胺未暴露于H2S或
CO2。贫胺含有低水平的H2S或CO2。富胺含有高水平的的H2S或
CO2。对既暴露于贫胺，又暴露于富胺的设备（即，胺压缩机和再
生器），表示为贫胺。
最高工艺温度（℉）确定该设备/管道中的最高工艺温度。
伴热？（是或否）确定设备/管道是蒸汽伴热还是电伴热。（如：防冻保护）
260
吹汽？（是或否）确定设备/管道是否在水冲洗以去除残留胺之前排掉蒸汽。
是否消除应力？（是或否）确定设备和管道是否在焊接后和冷成型后进行了正确的应力消除热
处理。
H.6.3确定胺腐蚀开裂的敏感性
用表H-7中的基本数据，按图H-4中流程来确定胺腐蚀开裂的敏感性。
[1] Avoiding Environmental Cracking in Amine Units, API Recommended Practice 945, 1st Edition, August
1990.
[2] Richert, Bagdasarian, and Shargay, “Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel in Amine Systems,”
NACE paper #187, Corrosion/87 (see also “Extent of Stress Corrosion Cracking in Amine Plants Revealed by Survey,” Oil & Gas Journal, June 5, 1989).
[3] Parkins and Foroulis, “The stress Corrosion Cracking of Mild Steel in Monoethanolamine Solutions,”
NACE paper #188, Corrosion/87(see also Materials Performance 25, 10(1986), pp.20-27)).
[4] Lenhart, Graig, and Howell, “Diethanolamine SCC of Mild Steel,” NACE paper #212, Corrosion/86.
[5] Gutzeit and Johnson, “Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel Welds in Amine Service,” NACE paper
#206, Corrosion/86.
[6] Schutt, HU, “New Aspects of Stress Corrosion Cracking in Monoethanolamine Solutions,” NACE paper
3159, Corrosion/88(see also Materials Performance 27, 12(1988), pp.53-58)).
[7] Bagdasarian, Shargay and Coombs, “Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel in DEA and ADIP
Solutions,” Materials Performance 30,5(1991), pp. 63-67(see also Oil & Gas Journal, Jan.13, 1992, pp.
42-44)).
261
H.7 硫化物应力腐蚀开裂（SSC）
H.7.1破坏说明
硫化物腐蚀开裂定义为在有硫化氢及水时，一种金属在拉伸应力和和腐蚀共同作用下的开裂。SSC 是由于吸收金属表面上发生的硫化腐蚀过程而产生的氢原子而造成的氢应力开裂的一种形式。SSC通常更容易发生在高强度钢（高硬度钢）的硬质焊接熔敷金属或较低合金钢的硬质热影响区。
262
SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关，氢渗透量主要和水的pH值和H2S含量这两个环境参数有关。典型情况下，已发现钢中的氢通量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值较低和较高的溶液中都增加。较低pH值下的腐蚀由H2S引起，而在高pH值下的腐蚀则由高浓度的二硫化物离子引起。高pH值溶液中存在氰化物可加剧氢渗透到钢材中。目前已知钢材对SSC的敏感性随H2S含量，例如H2S在气相中的分压，或水相中的H2S含量的增加而增大。已经发现水中低至1ppm这样小H2S 浓度足以引起SSC。
对SSC的敏感性主要与两个材料参数有关—硬度和应力水平。随着硬度的增加钢对SCC的敏感性也增加。通常不用担心在湿硫化氢环境下普遍用于炼油厂压力容器和管道的碳钢基体金属会出现SCC，因为这些钢都具有较低的强度（硬度）。但是，焊接熔敷金属和热影响区会含有高硬度区和高的焊接残余应力。与焊缝相关的高残余拉伸应力增加钢对SSC的敏感性。焊后热处理大大地减少了残余应力，并对焊缝熔敷金属和热影响区进行回火（软化）。每英寸厚度在大约1150℉下保温一小时（最少一小时）的焊后热处理方法被认为对碳钢是行之有效的。对低合金钢，需要更高一点的温度。控制硬度和减少残余应力是NACE RP 0472中所述的防止SSC的公认的方法。
H.7.2基本数据
表H-8中所列数据用来确定碳钢和铁素体低合金钢设备和管道对硫化物应力腐蚀开裂敏感性。如果不知道准确的工艺参数，则需咨询知识丰富的工艺工程师来获得最佳的估计值。
H.7.3确定环境严重度
如果没有水存在，则认为设备和管道对SSC没有敏感性。如果有水存在，则使用来自表H-8关于水中的H2S含量和其pH值的基本数据，通过使用表H-9中来估计环境严重度（潜在的氢通量）。
H.7.4确定对SSC的敏感性
利用表H-9确定的环境严重度以及表H-8得到的最大布氏硬度和焊件焊后热处理情况的基本数据，使用表H-10来确定对SSC的敏感性。图H-5给出了确定硫化物应力腐蚀的敏感性所需的步骤流程图。
参考文献
[1] Methods and Controls to Prevent In-Service Environmental Cracking of Carbon Steel Weldments in
Corrosive Petroleum Refining Environments, NACE Standard RP0472-95.
[2] R. R. Petric and E. M. Moore, Jr., “Determining the Suitability of Existing Pipelines and Producing
Facilities for Wet Sour Service,” Materials Performance 28, 6(June 1989), pp. 59-65.
[3] Review of Published Literature on Wet H2S Cracking of Steels Through 1989. NACE Publication 8X294.
[4] Stress Corrosion Cracking and Hydrogen Embrittlement of Iron Base Alloys, NACE-5, Edited by R. W.
Staehle, et al., NACE International, Houston, TX, 1977, pp.541-559.
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[6] Guidelines for Detection, Repair, and Mitigation of Existing Petroleum Refinery Pressure Vessels in Wet
H2S Environments, NACE Standard RP0296-96.
263
表H-8分析硫化物应力腐蚀所需的基本数据
基本数据说明
是否存在水（是或否）确定设备和管道中是否有自由水。不仅要考虑正常运行条件，还要考虑
启动、停机及工艺扰动等。
水中的H2S含量确定水相的H2S含量。如果不易取得分析结果，可以用Petrie & Moore
方法（参考资料2）来估算。
水的pH值确定水的pH值。如果不易取得分析结果，则由经验丰富的工艺工程师来
估计。
是否存在氰化物（是或否）通过取样和/或现场分析确定是否存在氰化物。主要考虑正常运行和干扰
运行，也要考虑启动、停机条件。
最大布氏硬度确定钢制设备和管道的焊件上实测的最大布氏硬度。报告实测的布氏硬
度读数，而不是从更精细的方法（如维氏、努氏等）转换的读数。当不
能获得实际读数时，则使用制造规范允许的最大允许硬度。
确定设备和管道的所有焊件在焊接后是否经过了正确的焊后热处理。
焊件是否经过PWHT（是
或否）
表H-9环境严重度
水的H2S含量
水的pH值
＜50ppm 50～1000ppm 1000～10000ppm ＞10000ppm ＜5.5 低中高高
5.5-7.5 低低低中
7.6-8.3 低中中中
8.4-8.9 低中中高
＞9.0 低中高高
表H-10SSC敏感性
焊接态最大布氏硬度a PWHT最大布氏硬度a 环境严重度＜200 200-237 ＞237 ＜200 200-237 ＞237 高低中高无低中
中低中高无无低
低低低中无无无
a实测的布氏硬度，而不是从更精细的方法，如维氏、努氏等转换而得到的硬度。
264
H.8 硫化氢环境下氢致开裂和应力取向氢致开裂（HIC/SOHIC-H2S）
H.8.1破坏说明
氢致开裂定义为将金属中不同平面上的邻近氢鼓包连接或连接到金属表面的阶梯形内部裂纹。HIC 的形成不需要外部施加的应力。开裂的驱动力是氢鼓包中内压力的形成造成的氢鼓包周边的高应力。这些高应力场的相互作用容易导致连接钢中不同平面上的鼓包的裂纹形成。
鼓包内压力的形成与钢材中氢的渗透通量有关。钢中的氢是钢与湿硫化氢间的腐蚀反应产生的，而腐蚀反应的发生需要水的存在，最后的氢通量主要与两个环境参数有关—pH值和水中的H2S含量。
265
一般地，已经发现钢中氢通量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值较低和较高的溶液中都将增加。在较低pH值下的腐蚀又H2S引起，而在高pH值下的腐蚀则由高浓度的二硫化物离子造成。高pH 值下出现的氰化物可进一步加剧氢渗透到钢材中。已知氢渗透随H2S含量，例如H2S在气相中的分压，或水相中的H2S含量的增加而增大。水中含量低至50 ppm的H2S就足以引起HIC。
氢鼓包是存在于钢中不连续处（如：孔隙、夹渣、分层、硫化物夹渣）形成的平面、充满氢的腔体。鼓包最常发生在轧制钢板中，特别是那些由于长形硫化物夹渣导致的有带状微观结构的钢板。对氢鼓包，也就是对HIC的敏感性主要与钢板的品种有关，也就是钢板中不连续处的数量、大小和形状。在这方面，钢中的硫含量是一个关键的材料参数。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓包和对HIC的敏感性。加入钙来控制硫化物夹渣的形状通常是有益的。
SOHIC定义为由氢致开裂连接起来的一个堆叠的小鼓包阵列。氢致开裂由于高度局部化的拉伸应力的结果而沿钢板全厚度方向排列。SOHIC是HIC的一个特殊形式，它通常出现在母材上焊缝的热影响区附近，由于施加的应力的附加效应（来自内压力）和来自焊接的残余应力，应力在热影响区最高。同HIC一样，钢板的品种是SOHIC敏感性的一个关键参数。另外，通过PWHT降低残余应力可降低但不会消除SOHIC的发生和严重度。施加的应力水平也影响SOHIC的发生和严重度。虽然HIC/SOHIC 在钢板制件中更加显著，但在钢管制件中已观察到有限程度的发生，通常是在更严重的氢气充装环境中。
H.8.2基本数据
表H-11中列数据用来估计碳钢设备和管道对HIC/SOHIC敏感性。如果不知道工艺参数，则需请知识丰富的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢板中的硫含量不知道，则需请知识丰富的材料工程师来估计钢的质量。
表H-11 HIC/SOHIC-H2S分析所需的基本数据
基本数据说明
是否有水存在（是或否）确定设备和管道中是否存在自由水。不仅要考虑正常运行条件，还应
考虑启动、停机、工艺干扰等。
水中是否存在H2S 确定水相中的H2S含量。如果不容易得到分析结果，可以用Petrie &
Moore方法（参考资料2）来估算。
水的pH值确定水的pH值。如果不容易得到分析结果，则由一个经验丰富的工
艺工程师来估计。
是否有氰化物存在（是或否）通过取样和（或）现场分析确定是否存在氰化物。不仅要考虑正常运
行条件，还要考虑启动、停机和工艺干扰等。
钢板中的硫含量确定用来制造设备/管道的钢的硫含量。该数据可从MTR的设备文件
中得到。如果没有，可咨询材料工程师，从ASME或ASME的U—1
表中所列钢材的规范中估计。
钢产品形式（板材或管材）确定使用何种产品形式的刚才来制造设备/管道。大多数设备用轧制饿
焊接钢板，如A285、A515、A516等制造，但是某些小直径设备则用
钢管和管件制造。大多数小直径管道用钢管和管件，如A105、A234
等制造，但大多数的大直径管道（大于16 in的管）用轧制和焊接钢
板制造。
是否进行过PWHT（是或否）确定设备/管道的所有焊件是否在焊接后均进行了焊后热处理。
H.8.3确定环境严重度
266
如果没有水存在，则认为设备和管道对SCC/SOHIC没有敏感性。如果有水存在，则按表H-12中查出水中的H2S含量和它的pH值数据，再按表H-13中估计环境严重度（潜在的氢通量水平）。
*如果有氰化物存在，在pH＞8.3和H2S浓度大于1000 ppm时，将SCC的敏感性增加一个类别。
H.8.4确定HIC/SOHIC的敏感性
对于用轧制和焊接钢板制造的设备和大直径管道，根据表H-12中确定的环境严重度和表H-11中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基本数据，按H-13确定HIC/SOHIC的敏感性。小直径设备和管道通常被认为其HIC/SOHIC敏感性较低，除非没有对它进行焊后热处理，并暴露在高严重度环境下。该情况下应认为它具有中等敏感性。图H-6示出了确定HIC/SOHIC敏感性的步骤流程图。
表H-12环境严重度
H2S浓度
水的pH值＜50ppm 50-1000ppm 1000-10000pp
m
＞10000ppm ＜50ppm
＜5.5 5.5-7.5
7.6-8.3
8.4-8.9 ＞9.0 低
低
低
低
低
中
低
中
中
中
高
低
中
中a
高a
高
中
中
高a
高a
低
低
低
低
低
当有氰化物存在且pH值＞8.3和H2S浓度高于1000ppm时，将SCC敏感性增加一个类别。
表H-13HIC/SOHIC敏感性
环境严重程度
高硫钢a
S＞0.01%
低硫钢b
S＝0.002-0.01%
超低硫钢c
S ＜0.002
焊接态焊后热处理焊接态焊后热处理焊接态焊后热处理
高中低高
高
中
高
中
低
高
中
低
中
低
低
中
低
无
低
低
无
b．典型情况下，包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前大多数A516。
a．典型情况下，包括1980年代添加钙的早代A516（HIC）钢。
C．典型情况下，包括1990年代后代A516（HIC）钢。
参考文献
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Facilities for Wet Sour Service,” Materials Performance 28, 6(June 1989), pp.59-65.
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H2S Service,” NACE Corrosion/95, Paper No.329.
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H2S Environments, NACE Standard RP0296-96.
268
应力腐蚀断裂精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、或在静(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有 害物质浓度往往很低，如大气中微量的H 2S和NH 3 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
管道的应力腐蚀断裂参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月 管道的应力腐蚀断裂参考文本
使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中H2S大大超过规走的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍,美国1955年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏,六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越来越多地为管道工作者所关注,并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC,这系由英文名词Stress Corrosion CracKing而来的,其定义为：在应力和介质联合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀,由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a小时临界裂纹长度2ac时，管线是不会断裂的’但由于疲劳或（和）环境的作用,裂纹长度可以增长,当原始缺陷长度逐渐增长,最后达到2ac时”则管道产生断
关注碱性应力腐蚀开裂 碱溶液中的腐蚀 在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。 一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。 合金抗碱溶液腐蚀的能力 碳钢和低合金钢 任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。 铁素体不锈钢 高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊 接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用 于压力容器。 奥氏体不锈钢 研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度 和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀 开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100° C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮 廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。 300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能 会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察 到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。 对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不 锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。 双相不锈钢 双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的 能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具 有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金， 抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205 不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。 高含镍量的奥氏体不锈钢 高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利 和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合 金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。 镍合金 在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀 是材料、或在静 （主要是拉应力 ）和腐蚀的共同作用下产生的失效现 象。 它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧 急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜 被腐蚀而受 到破坏 , 破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极 , 阳极处的金属 成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电 流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹， 裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还 能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应 力腐蚀， 不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合 避免使用对应力腐蚀敏感的材料 , 可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 加工，制造，热处理 引起的内应力。 装配，安装形成的内应力。 温差引起的热应力。 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要 的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开 裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金 可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物 质浓度往往很低，如大气中微量的 H 2S 和NH 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。 空气中少量NH 是鼻子嗅不到 而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响 理选材， 如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构 件，减 少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。 采用金属或 非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也 可减小或停止应力 腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究， 并分析比较应力腐蚀断裂 其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的 测试方法与本文中重点分析之处 结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1． 2． 3 ． 4 ．
第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂 §6.1应力腐蚀 一、应力腐蚀及其产生条件 1、定义与特点 （1）定义 （2）特点 特定介质（表6-1） 低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆 不锈钢——氯脆 铜合金——氨脆 2、产生条件 应力：外应力、残余应力； 化学介质：一定材料对应一定的化学介质； 金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。 二、应力腐蚀 1、机理（图6-1） 滑移——溶解理论（钝化膜破坏理论）
a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）； b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）； c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）2、断口特征 宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。 微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂。（见图6-2，和p2） 三、力学性能指标 1、临界应力场强度因子K ISCC 恒定载荷，特定介质，测K I~t f曲线。 将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子。 2、裂纹扩展速度da/dt K I>K ISCC，裂纹扩展，速率da/dt Da/dt~ K I|曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。 四、防止应力腐蚀的措施 1、合理选材； 2、减少拉应力； 3、改善化学介
质；4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。 §6-2 氢脆 由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆） 一、氢在金属中存在的形式 内含的（冶炼和加工中带入的氢）；外来的（工作中，吸H）。 间隙原子状，固溶在金属中； 分子状，气泡中； 化学物（氢化物）。 二、氢脆类型及其特征 1、氢蚀（或称气蚀） 高压气泡（对H，CH4） 宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）； 微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。 2）白点（发裂） 氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局部胀裂。 宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。 3）氢化物 形成氢化物（凝固、热加工时形成）；或（应力作用下，元素扩散而形成）。 氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。
管道的应力腐蚀断裂 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中 H2S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国 1955 年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越 来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCracKing而来的，其定义为：在应力和介质联 合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a 小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或( 和 ) 环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀 断裂。一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁 放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小 和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程， 它又可分为阳极过程和阴极过程，这二者是共存的。 金属原子是由带正电的金属离子，对钢来说，就是二价的铁离子 F2+和周围带负电的电子云 ( 用 e- 来表示）构成的，如下所
示： Fe→ Fe2++2e-上式是一个可逆反应。当铁遇到水，铁离子Fe2+ 和水化合的倾向比 Fe2+与 e- 结合成金属的倾向还要强，因此金 属铁遇到水后就会发生如下反应： 上式放出电子e- ，故称为阳极反应。 阳极反应所放出的电子必须通过阴极过程( 即吸收电子的过 程) 被取走，式的反应才能继续存在，否则该式将是可逆的。 一种常见吸收电子的阴极过程是吸氧过程，见下式： O2+2H2O+4e→- 4OH-氢氧根 OH-和铁离子F e2+结合，就会产生铁锈，即 Fe2O3 2Fe2++60H-→ Fe2O3·3H2O综合阳极过程和阴极过程，即联合上两式，可写出下式： 4Fe+nH2O+3O2→ 2Fe2O3·nH2O 由上式可以看出，钢管生锈的条件为第一要接触水( 或潮湿的空气 ) ，第二要接触空气，以提供 O2前者是阳极过程，后者是阴极过程。 实验表明，和腐蚀介质相接触的阳极金属介面上会形成一层 致密的复层，即纯化膜，它能阻碍阳极金属进一步溶解。但金属
金属材料的应力腐蚀 金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。因此它是一种危害性极大的破坏形式。 按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反应敏感型。 阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。 阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆型应力腐蚀，也称氢脆。 通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个方面说明 1、应力 产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通常是比较轻微的。如果不是在腐蚀
环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况来确定。 2、腐蚀介质 产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。 3、材料 一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。 4、破坏过程 a.孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。 b.裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展 c.裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破坏。 另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。
应力腐蚀 （一）应力腐蚀现象 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。 3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 常见合金的应力腐蚀介质： 碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。 马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸
材料应力腐蚀 材料在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏叫应力腐蚀。这里需强调的是应力和腐蚀的共同作用。材料应力腐蚀具有很鲜明的特点，应力腐蚀破坏特征，可以帮助我们识别破坏事故是否属于应力腐蚀，但一定要综合考虑，不能只根据某一点特征，便简单地下结论。影响应力腐蚀的因素主要包括环境因素、力学因素和冶金因素。 原理 应力腐蚀是指在拉应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐蚀一般均穿过晶粒，即所谓穿晶腐蚀。应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。 应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。常见应力腐蚀的机理是:零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极 处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。
影响 应力腐蚀过程试验研究表明:当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。对于裂纹扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KISCC，裂纹才会扩展。一般应力腐蚀都属于脆性断裂。应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6~10-3 mm/min，而且存在孕育期，扩展区和瞬断区三部分。 容易发生应力腐蚀的设备发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉 特点 (1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力(近年来，也发现在不锈钢中可以有压应力引起)。这个应力可以是外加应力，也可以是焊接、冷加工或热处理产生的残留拉应力。最早发现的冷加工黄铜子弹壳在含有潮湿的氨气介质中的腐蚀破坏，就是由于冷加工造成的残留拉应力的结果。假如经过去应力退火，这种事故就可以避免。 (2)应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即
[分享] 腐蚀的分类及特点 特点, 腐蚀, 分类 - 腐蚀的分类及特点腐蚀的分类及特点 1 点蚀 点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。点蚀经唱法生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。 由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如Cl－）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性—钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。 在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%～25%。流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。 PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进点蚀的产生。但某些含氧阴离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）能防止点蚀。 点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源。 2 缝隙腐蚀 在电解液中，金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀常发生在设备中法兰的连接处，垫圈、衬板、缠绕与金属重叠处，它可以在不同的金属和不同的腐蚀介质中出现，从而给生产设备的正常运行造成严重障碍，甚至发生破坏事故。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加；PH值减小，阳极溶解速度增加，缝隙腐蚀量也增加；活性阴离子的浓度增加，缝隙腐蚀敏感性升高。但是，某些含氧阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。 3 应力腐蚀 材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等）下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。 应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。 应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。 应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 管道的应力腐蚀断裂(2021新版)
管道的应力腐蚀断裂(2021新版)导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中H2 S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国1955年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCrac King而来的，其定义为：在应力和介质联合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或(和)环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互
一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且
第五章金属材料的主要性能 1 金属材料的力学性能指的是什么性能？常用的力学性能包括哪些方面的内容？ 答：金属的力学性能是指在力的作用下，材料所表现出来的一系列力学性能指标，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。 主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等。 2 衡量金属材料强度、塑性及韧性常用哪些性能指标？各用什么符号和单位表示？ 答：衡量金属材料的强度指标为：比例极限σp、弹性极限σe、弹性模量E、屈服 强度σs、抗拉强度σb、屈强比σs/σb。 衡量金属材料的塑性指标为：延伸率δ、断面收缩率ψ。 衡量金属材料的韧性指标为：冲击韧性指标：冲击吸收功Ak；断裂韧性指标：断裂韧度。 3、硬度是否为金属材料独立的性能指标？它反映金属材料的什么性能？有5种材料其硬度分别为449HV、80HRB 、291HBS 、77HRA 、62 HRC，试比较五种材料硬度高低。答：硬度不是金属材料的独立性能（它与金属抗拉强度成正比），是反映材料软硬程度的指标，表征材料表面抵抗外物压入时所引起局部塑性变形的能力。 80HRB<291HBS<449HV<77HRA <62HRC。 4、为什么说金属材料的力学性能是个可变化的性能指标？ 答：（1）温度的改变会影响金属的塑性，而塑性与韧性和强度、硬度有关，则改变 温度会导致力学性能改变； （2）不同的承载情况会改变材料的力学性能，如很小的交变载荷也可使钢丝折断；不同的加工工艺也会改变材料的力学性能（为了使材料有不同的性能来满足我们的需要，就用了回火、淬火、正火等加工工艺）。 5、金属材料的焊接性能包括哪些内容？常用什么指标估算金属材料的焊接性能？ 答：金属的焊接性能：①接合性能：金属材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺 陷的敏感性。②使用性能：某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力。 金属的焊接性能指标：碳当量、冷裂纹敏感系数。 6、如何表示金属材料耐腐蚀性能的高低？ 答：金属的耐腐蚀性能通过材料遭腐蚀后，其质量、厚度、力学性能、组织结构及电极过程等的变化程度来衡量。 第六章、过程装备失效与材料的关系 1、名词解释 失效：装备在使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质等因素的作用，失去其原有功
附录H-应力腐蚀开裂技术模块 H.1 范围 本模块为其破坏机理造成应力腐蚀开裂（SCC）的工艺设备建立一套技术模块次因子（可能的失效修正系数）。碱腐蚀开裂、胺腐蚀开裂、硫化物应力腐蚀开裂（SSC）、氢致开裂（HIC）、应力取向氢致开裂（SOHIC）、碳酸盐腐蚀开裂、连多硫酸腐蚀开裂（PTA）和氯化物腐蚀开裂（ClSCC）都在本模块范围内。有关造成应力腐蚀开裂的特定破坏机理的敏感性估计的技术补遗也包含在本模块中。专家的建议也可用于确定应力腐蚀开裂的敏感性。 H.2 技术模块筛选问题 没有可避开应力腐蚀开裂技术模块的筛选问题，所有设备都应输入此模块。 H.2.1必需数据 表H-1中列出了确定应力腐蚀开裂技术模块次因子必备的最少基本数据。 H.2.2附加数据 附加数据要求用于回答表H-2中列出的应力腐蚀（SCC）机理的筛选问题。各种SCC机理所需的更多数据列在各补遗基本数据表的开始部分。 H.3 基本假设 本技术模块假设每种SCC机理的敏感性均可由本模块中适用的章节确定。根据工艺、材料、制造参数将敏感性分为高、中、低三种等级。可确定“严重度指数”，它是设备/管道对裂纹（或萌生裂纹的可能性）的敏感性和一个裂纹导致泄漏的可能性的乘积。 本技术模块还以一种简单的方式处理已知的裂纹。由于某一特定裂纹或裂纹组引起的设备/管道损失效的可能性应通过使用更为先进的方法或合于使用评估进行进一步评估。 H.4 技术模块次因子（TMSF）的确定 确定技术模块次因子的流程图见图H-1A和H-1B。各个步骤及所需的表格在下面进行讨论。 H.4.1技术补遗的筛选问题 表H-2列出的的筛选问题，用于选择适用的SCC机理。 H.4.2确定每种潜在SCC机理的敏感性 关于每一SCC机理的各章节将确定该设备中可能的敏感性。 H.4.2.1存在裂纹的调整 如果设备中已经检测到SCC，那么其敏感性则认为是“高”。如果检测到的SCC的机理是已知的，则其敏感性应提升为“高”。如果检测到的SCC的机理是未知的，则所有潜在机理的开裂敏感性都应升为“高”。 H.4.3确定严重度指数 将各种SCC机理的敏感性输入表H-3，确定每种潜在/已有SCC机理严重度指数。 没有进行过检验的设备的严重度指数，将在下面每种应力腐蚀开裂机理中概述。 H.4.3.1最大严重度指数 249
第二节应力腐蚀开裂 （此处缺内容） 应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一，在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级，SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏都造成了巨大的生命和财产损失。此外，如核电站，船只，锅炉，石油化工也都发生过应力腐蚀断裂的事故。 二，应力腐蚀开裂的特征。 （一）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1，工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2，加工，制造，热处理引起的内应力。 3，装配，安装形成的内应力。 4，温差引起的热应力。 5，裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （二）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。 而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。19世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆”（原因是黄铜弹壳（1）应力加上印度大气中含有微量NH3）。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合
后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。 （三）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子K1达到材料的断裂韧性K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：裂纹萌生，裂纹扩展，失稳断裂。 1，裂纹的萌生。 裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是SCC 裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。 2，裂纹扩展。 应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率 d a/d t与裂纹尖端的应力强度因子K1的 关系具有图示的三个阶段特征。在第一 阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当 K1降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹 不再扩展，因此Kiscc时评定材料应力 腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶 段，裂纹扩展与应力强度因子K1大小无 关，主要受介质控制。在这阶段裂纹出 现宏观和微观分枝（图）。但在宏观上， 裂纹走向与抗应力方向是垂直的。第三 阶段为失稳断裂，纯粹由力学因素K1 控制，da/dt随K1增大迅速增加直至断 裂。 （四）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断口呈多种形貌。有沿晶断，准解理，韧（2）等。 三，应力腐蚀开裂机制。 应力腐蚀开裂现象很多，目前尚未有统一的见解，不同学派的观点可能从电化学，断裂力学，物理冶金进行研究而强调了它们的作用。 （一）电化学理论。 1，活性通道理论。 该理论认为，在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通 道，沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界，亚 晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进 行，形成很窄的裂缝裂纹，而外加应力使裂纹尖端发生应力集中，引 起表面膜破裂，裸露的金属成为新的阳极，而裂纹两侧仍有保护膜为 阴极，电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端，使其在高电流密度下加 速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化 学活化溶解的联合作用。 2，快速溶解理论。