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
构件，如钢管受到一定大小的拉伸应力作用时，由于应力集中，在
裂纹尖端附近存在很高的拉伸应力场，它能阻碍裂纹尖端表面形成纯化膜，从而把新鲜的金属暴露在腐蚀介质面前，并造成裂纹的
扩展，这就是应力腐蚀。

如果作用在构件上的是压应力或是拉应力，但数值很小时，这就无法使裂纹尖端的纯化膜膜破裂，因此裂纹也就不会扩展，故应
力腐蚀除腐蚀所需要的条件之外，还得存在一定大小的拉伸应力。

正由于阳极溶解过程中除裂纹尖端表面外，其余部分全被纯
化覆盖，故应力腐蚀时，仅是裂纹尖端向前扩展。

应力腐蚀中一个重要的分枝，即氢应力腐蚀，简写为 HSC，系由英文 HydrogenStressCracKing 而来。

吸收电子的阴极过程除了吸氧反应外，还有放氢过程，如：
在阴极形成的氢原子 [H] 有两条去路，一是原子氢结合成分子氢，并放出来：
[H]+[H] →H2↑另一条去路是氢原子通过扩散进入金属内部，进
入金属内部的 [H] 使金属原子的结合力下降，基体脆化，这种以
阴极放氢导致的破坏称为氢脆。

氢的来源除上述的阴极放氢反应外，对于管道来说，主要来。