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管線鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響因素（ZT)
1 影響SCC的環(huán)境因素
影響管線鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）的環(huán)境因素很多，如離子的種類(lèi)、離子的濃度，pH值，氧及其它氣體，緩蝕劑，溫度，壓力，外加電流，輻射等等。這些因素通過(guò)影響對(duì)材料的電化學(xué)行為如雙電層結(jié)構(gòu)、電極電位、電極的極化和鈍化、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)、氫的吸附和擴(kuò)散聚集以及微觀電化學(xué)的不均勻性等，而對(duì)裂紋的形核和擴(kuò)展過(guò)程產(chǎn)生影響。
⒈1 pH值的影響
世界上報(bào)道的第1例長(zhǎng)輸管道失效是1965年在美國(guó)Louisiana州發(fā)生的［3］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其發(fā)生在高濃度的CO32-、-HCO3-環(huán)境中，溶液pH值較高，破壞形式為沿晶型SCC（IGSCC）。此后，在加拿大、澳大利亞、意大利、前蘇聯(lián)和伊朗等國(guó)家相繼有此類(lèi)管線SCC報(bào)道。這些事故的共同特征是：pH值通常在8～10．5，溫度為20～90℃。溶液中CO32-、-HCO3-濃度較高，裂紋在外表面，一般較狹窄，主要是在管道的下底側(cè)形核，沿與管道軸向平行的方向開(kāi)裂。這類(lèi)SCC發(fā)生在嚴(yán)格的電位區(qū)間：－425～—650 mV（SCE），常將這類(lèi)SCC稱(chēng)為高 pH－SCC或經(jīng)典的SCC[4]。
1985年，在加拿大首次發(fā)現(xiàn)了在管道脫落涂層下的穿晶型SCC（TCSCC），隨后又在世界上其他國(guó)家如意大利、墨西哥、前蘇聯(lián)以及沙特阿拉伯等也有發(fā)現(xiàn)，這些裂紋普遍要寬得多，發(fā)生腐蝕的部位在防腐層剝落處，往往下面存在著Na2CO3 ／NaHCO3溶液或NaHCO 晶體，溶液pH值為5～8的中性碳酸鹽溶液環(huán)境［5］。TGSCC傾向發(fā)生在氣溫較低的地區(qū)，這可能與地下水中CO2濃度較高有關(guān)。發(fā)生時(shí)沒(méi)有明顯的電位衰減。常將這類(lèi)SCC稱(chēng)為近中性pH－SCC或經(jīng)典的SCC［4］。
由于第1例管道SCC失效發(fā)生在高pH值環(huán)境，在隨后的時(shí)間里，許多國(guó)家在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)管線鋼高pH值情況開(kāi)展了廣泛的研究。選擇性溶解機(jī)理已經(jīng)成為共識(shí)。這種理論認(rèn)為陽(yáng)極的不斷溶解導(dǎo)致了應(yīng)力腐蝕的形核和擴(kuò)展。但對(duì)陽(yáng)極金屬如何溶解以及應(yīng)力的作用則存在不同觀點(diǎn)，主要有滑移一溶解、沿晶擇優(yōu)溶解、膜致解理、蠕變膜破裂、隧道腐蝕、應(yīng)力吸附斷裂等[7］。Parkins［6］認(rèn)為：鋼在腐蝕介質(zhì)中會(huì)形成一層鈍化膜，如果應(yīng)力能使鈍化膜局部破裂（如位錯(cuò)滑移產(chǎn)生滑移臺(tái)階使膜破裂），局部地區(qū)露出新鮮金屬，它相對(duì)膜未破裂的位置是陽(yáng)極相，會(huì)發(fā)生瞬時(shí)溶解，新鮮金屬在溶液中會(huì)發(fā)生再鈍化，鈍化膜形成后溶解就停止，即裂紋擴(kuò)展停止。已經(jīng)溶解的區(qū)域由于存在應(yīng)力集中，因而使該處的再鈍化膜再一次破裂，又發(fā)生瞬時(shí)溶解，這種膜破裂一金屬溶解一再鈍化過(guò)程循環(huán)反復(fù)，就導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的形核或擴(kuò)展。也有人認(rèn)為第二相的沿晶析出形成了陽(yáng)極相，晶界陽(yáng)極相優(yōu)先溶解，應(yīng)力使溶解形成的裂紋張開(kāi)，使其它沿晶陽(yáng)極相進(jìn)一步溶解［7］。
近中性pH值的SCC被認(rèn)為是發(fā)生在稀的CO32-、-HC03-溶液中，pH值為5．5～8．5，大量研究表明，近中性PH值SCC是穿晶型開(kāi)裂。目前，關(guān)于近中性pH值SCC機(jī)理尚無(wú)定論，Gonzalez-Rodriguez［8］等認(rèn)為是陽(yáng)極溶解和膜破裂機(jī)制，Rebak［9］和Chen［10］等則認(rèn)為近中性 pH值環(huán)境中裂紋擴(kuò)展沒(méi)有特殊條件，這與陽(yáng)極溶解機(jī)制相矛盾，因此他們認(rèn)為是在最初的溶解機(jī)制后氫脆機(jī)理占主導(dǎo)。而大部分學(xué)者［11-13］則傾向于陽(yáng)極溶解與氫的作用相結(jié)合。Parkjns認(rèn)為，近中性pH－SCC是一個(gè)與氫有關(guān)的過(guò)程，裂紋在材料表面的孔坑處形核，這個(gè)微區(qū)環(huán)境中的pH值足以致使產(chǎn)生的H原子滲入鋼中，使金屬脆化，韌性下降．因此，溶解和氫脆聯(lián)合作用使裂紋萌生和擴(kuò)展。而Gu，等人通過(guò)對(duì)X80和Ⅹ52鋼在近中性溶液中的研究結(jié)果表明，當(dāng)陽(yáng)極電位接近自腐蝕電位時(shí)，陽(yáng)極溶解和點(diǎn)蝕首先發(fā)生，產(chǎn)生氫離子致使蝕坑內(nèi)酸化，而內(nèi)外環(huán)境差異使得反應(yīng)以自催化形式進(jìn)行下去，加快了裂紋形核和擴(kuò)展過(guò)程。因此，SCC是由氫促進(jìn)的陽(yáng)極溶解過(guò)程。Bervers［14］指出，裂紋擴(kuò)展和萌生的機(jī)制不一樣，裂紋萌生時(shí)是陽(yáng)極溶解機(jī)制，而擴(kuò)展是氫致開(kāi)裂（HlC）機(jī)制。
⒈2 H2S濃度的影響
H2S應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）是除高pH值SCC和近中性pH值SCC外的又一種應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂形式。天然氣輸送管線中H2S含量較高，且多為濕環(huán)境。H2S是一種弱酸性物質(zhì)，容易水解。陶勇寅［15］等認(rèn)為H2S對(duì)鋼材腐蝕的反應(yīng)式為：
Fe＋H2S －→Fe ＋HS- ＋ H+ → FeS＋H ＋ H
H2S能促進(jìn)氫的進(jìn)入，因而隨著H2S濃度增高，H2S進(jìn)入金屬的氫的逸度增高，當(dāng)在夾雜物附近形成的氫壓大于臨界值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋，裂紋沿著晶界擴(kuò)展的過(guò)程中，導(dǎo)致分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終使金屬的有效截面積減小，降低管道的抗H2S應(yīng)力腐蝕斷裂能力。張學(xué)元等［16］通過(guò)對(duì)16Mn在H2S水溶液中脆斷性研究認(rèn)為，H2S在水溶液中電離出來(lái)的HS-、S2-等離子在材料表面的吸附能抑制陰極反應(yīng)產(chǎn)生的原子氫結(jié)合成氫分子，而使材料表面氫原子濃度增加，當(dāng)H2S濃度增高，材料表面氫與金屬內(nèi)部原子氫形成濃度梯度，在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)力下，原子氫向金屬內(nèi)部擴(kuò)展，在缺陷處（夾雜、晶格、晶界缺陷）等能量較高處捕獲大置氫原子，從而增加鋼的脆斷敏感性。不論是哪種觀點(diǎn)，都肯定了管線鋼SSCC與H2S濃度的關(guān)系，SSCC是氫致開(kāi)裂。
1，3 CO2－CO32-－ HCO3-濃度的影響
HCO3-在鋼的最初溶解過(guò)程中起著重要作用。Parkins［17］在對(duì)C－Mn鋼研究后發(fā)現(xiàn)，最初的活化溶解階段，HCO3-與Fe2+反應(yīng)生成FeCO3，F(xiàn)eCO3在介質(zhì)中氧化形成了疏松的Fe3O4膜。隨著HCO3-濃度增加，腐蝕產(chǎn)物由Fe2O3鈍化膜替代了Fe3O4，在活化／鈍化區(qū)域內(nèi)，晶界發(fā)生選擇性溶解。當(dāng)HCO3-濃度繼續(xù)增大，形成的鈍化膜越來(lái)越不穩(wěn)定，并生成了可溶于水的Fe（CO3）22-，在經(jīng)過(guò)二次鈍化后，最終生成穩(wěn)定致密的γ－Fe2O3。許淳淳［l8］等通過(guò)對(duì)X70鋼在pH值為8．1～9．2的CO32- --- HCO3- 溶液介質(zhì)中的電化學(xué)行為的研究也表明：X70鋼在CO32- －HCO3-溶液中隨HCO3-濃度的變化表現(xiàn)出特殊陽(yáng)極化行為：在HCO3-濃度低于0。75 mol／L的介質(zhì)中出現(xiàn)兩個(gè)鈍化區(qū)，其中一次鈍化膜不能穩(wěn)定存在，經(jīng)過(guò)再次活化溶解過(guò)程，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的二次鈍化膜，在HCO3-濃度為1mol／L的介質(zhì)中只出現(xiàn)一個(gè)鈍化區(qū)，形成的鈍化膜致密穩(wěn)定；并得到與利用Parkins邊界條件[l9]計(jì)算相一致的敏感腐蝕電位區(qū)間。李明星［20」等研究的介質(zhì)采用的是NS4（？）溶液，結(jié)果顯示在NS4溶液中通入的CO2濃度較低時(shí)，CO2對(duì)陰極還原反應(yīng)影響很小，只有CO2濃度增大到一定程度（＞5％）時(shí)，CO2才會(huì)對(duì)陰極還原反應(yīng)有較大影響，但當(dāng)CO2濃度增大到＞50％時(shí)，陰極還原反應(yīng)基本沒(méi)有變化，這是因?yàn)樵诮行匀芤褐?，反?yīng)H2CO3十e→H + HCO3- 的交換電流密度比H+還原反應(yīng)交換電流密度大，因此在相同的pH條件下，CO2會(huì)顯著增加腐蝕速度。
4 溫度的影響
郭浩[21]等用慢應(yīng)變速率法在近中性pH值溶液中的研究溫度對(duì)X70鋼的SCC影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在25℃溫度以上時(shí)，SCC敏感性基本不受影響，而在10℃以下，SCC敏感性略有增加。這是因?yàn)?，在不同溫度下，CO2在水中的溶解度不同，隨著溫度降低，CO2在水中的溶解度增加，反應(yīng)CO2 ＋H2O→H2CO3→2H＋＋CO32-加快，氫致開(kāi)裂作用顯者，SCC敏感性增加。這與現(xiàn)場(chǎng)TGSCC發(fā)生在溫度較低的地域，通常在距離壓縮站較遠(yuǎn)的地方相一致。從現(xiàn)場(chǎng)和一些經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在高pH值條件下，IGSCC通常發(fā)生在壓縮站下游20 km以?xún)?nèi)，溫度升高使溶液中NaHCO3結(jié)晶，產(chǎn)生強(qiáng)堿性濃Na2CO3-－NaHCO3促使pH值達(dá)到IG SCC的范同內(nèi)。
⒈5 外加電位的影響
Charles［22］等認(rèn)為，在陰極保護(hù)條件下，如果管線對(duì)地電位減小到一0．5～－0．7Ⅴ（CSE），應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂會(huì)在有碳酸根和碳酸氫根離子存在的高壓管線的管壁上發(fā)展。施加陰極電位，陰極極化程度小時(shí)，滲氫速度緩慢，陰極極化程度大時(shí)，由于析氫作用是主要作用，材料表面氫原子濃度增高，滲入材料內(nèi)部的氫也增加，導(dǎo)致SCC敏感性增加。陽(yáng)極極化范圍內(nèi)沒(méi)有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感單位區(qū)。郭浩等［23］也在HCO3-濃度較高的近中性pH值介質(zhì)中對(duì)管線鋼進(jìn)行了陰極極化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，金屬發(fā)生溶解形成的腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面上，阻礙了均勻腐蝕的發(fā)生，為局部腐蝕和點(diǎn)蝕創(chuàng)造了條件，而點(diǎn)蝕和局部腐蝕正是SCC裂紋萌生和擴(kuò)展的位置，因此增加了SCC敏感性。當(dāng)增加陽(yáng)極電位時(shí)，均勻腐蝕加速，不能形成局部酸環(huán)境，使SCC敏感性降低。而當(dāng)發(fā)生陰極極化時(shí)，金屬溶解受到抑制，但是陰極還原反應(yīng)產(chǎn)生的氫進(jìn)入到金屬中，出現(xiàn)氫致開(kāi)裂（HIC），隨著陰極電位的負(fù)移，陰極極化加劇，進(jìn)入鋼中的氫越來(lái)越多，SCC敏感性增加。Conzalcz Rodriguez［8］在稀CO32- —HCO3-溶液中的實(shí)驗(yàn)表明，隨著陰極電極電位的降低，SCC敏感性增加。在高pH值介質(zhì)條什下，管線鋼極化曲線表現(xiàn)出明顯的活化一鈍化轉(zhuǎn)變，隨陽(yáng)極電位的增加，SCC敏感性增加，表現(xiàn)出陽(yáng)極溶解型SCC特征。
2 力學(xué)因素
管線的SCC過(guò)程必須有應(yīng)力才會(huì)導(dǎo)致材料形變和開(kāi)裂。應(yīng)力主要來(lái)源于3個(gè)方面「24］：工作載荷、殘余應(yīng)力、腐蝕產(chǎn)物。
2，1 應(yīng)力
發(fā)生SCC需要一個(gè)最小應(yīng)力（或應(yīng)力強(qiáng)度），即閾值應(yīng)力σth（或閾值應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC），只有當(dāng)應(yīng)力超過(guò)σth（或KISCC）時(shí)SCC才能發(fā)生。閾值應(yīng)力并不是形成裂紋所需的應(yīng)力，而是使裂紋能夠繼續(xù)擴(kuò)展的應(yīng)力。應(yīng)力高于閾值應(yīng)力時(shí)，裂紋擴(kuò)展也不是連續(xù)發(fā)生的；應(yīng)力低于閾值應(yīng)力時(shí)裂紋萌生但最終停止擴(kuò)展。σth受多種因素影響，包括波動(dòng)應(yīng)力、SCC環(huán)境、管線表面的電化學(xué)電位以及管線的使用經(jīng)歷等。Beavcrs等研究表明：氧化膜或點(diǎn)蝕坑的存在會(huì)使管線鋼的σth顯著降低［25］。Li等通過(guò)高強(qiáng)鋼的研究認(rèn)為，閾值應(yīng)力強(qiáng)度因子與鋼的屈服強(qiáng)度有關(guān)，本質(zhì)上依賴(lài)于鋼的成分和顯微組織「26」。
試驗(yàn)測(cè)得SCC的閾值應(yīng)力約為70%σSMYS．（管線的最低屈服強(qiáng)度），但服役管道在45%σSMYS操作應(yīng)力下也發(fā)生過(guò)SCC，這可能與管道的應(yīng)力集中或殘余應(yīng)力有關(guān)。大量試驗(yàn)表明：對(duì)于靜載荷，管線鋼發(fā)生SCC的臨界應(yīng)力近似為其屈服應(yīng)力；交變載荷能加速裂紋擴(kuò)展，可把SCC的臨界應(yīng)力降到相應(yīng)靜載荷的臨界應(yīng)力[27］。
2。2 載荷類(lèi)型及應(yīng)變速率
應(yīng)變速率（SR）對(duì)SCC的影響比實(shí)際應(yīng)力更重要，應(yīng)變速率反映了壓力或徑向應(yīng)力的變化速率，大部分情況的應(yīng)變速率相對(duì)恒定，均值為10-9／s或更低，極少數(shù)為10-9／s。較高的應(yīng)變速率使裂尖局部屈服，新鮮金屬將暴露于環(huán)境中，從而使SCC繼續(xù)。
Sercbrinsky的研究表明，裂紋生長(zhǎng)速率（CGR）隨SR單調(diào)增加，而且IGSCC擴(kuò)展速率增加得比TGSCC快。這可能是由于當(dāng)SR達(dá)到最高時(shí)，ICSCC無(wú)不連續(xù)性，因沿晶解理而快速擴(kuò)展。
恒載荷條件下，在應(yīng)力低于門(mén)檻值時(shí)，裂紋萌生并會(huì)擴(kuò)展到一定程度，但隨著時(shí)間的增加，裂尖應(yīng)變速率降低，當(dāng)其低于臨界值時(shí)，裂紋停止擴(kuò)展［6］。循環(huán)載荷通過(guò)降低裂紋擴(kuò)展閘檻值而增加管線的SCC敏感性［28］，隨著加載頻率的降低，裂紋擴(kuò)展仍表蜆出強(qiáng)烈的門(mén)檻值特征，這是因?yàn)榱鸭y開(kāi)裂的門(mén)檻值隨應(yīng)力強(qiáng)度因子的降低略有下降，而裂紋擴(kuò)展系數(shù)隨加載頻率減低而迅速上升［29］。當(dāng)高應(yīng)力比R＝0．9（R＝Pmin／Pmax，P是管線運(yùn)行壓力）時(shí)，靜載荷拉伸力學(xué)因素在斷裂機(jī)制中占主導(dǎo)地位，環(huán)境介質(zhì)對(duì)裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值沒(méi)有明顯影響，而當(dāng)應(yīng)力比較?。≧＝0．1）時(shí)，裂紋擴(kuò)展主要是以疲勞斷裂來(lái)進(jìn)行「30]。
慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)時(shí)，SCC敏感性與外加應(yīng)變速率關(guān)系密切，當(dāng)外加應(yīng)變速率較高時(shí)，裂尖溶液不能及時(shí)進(jìn)入金屬內(nèi)部，因此沒(méi)有足夠的時(shí)間與金屬原子作用，溶液未能起到足夠的作用，因此，SCC受到抑制，此時(shí)，力學(xué)因素占主導(dǎo)。而當(dāng)外加應(yīng)變速率較低時(shí)，裂尖溶液有足夠的時(shí)間與金屬原子作用，裂尖的電化學(xué)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，SCC容易進(jìn)行[31]。因此，動(dòng)載荷在SCC過(guò)程中起著重要作用。
3 材料因素
3。1 化學(xué)成分
鋼的化學(xué)成分直接影響鋼材的力學(xué)性能、韌性和抗腐蝕性能。一般來(lái)說(shuō)，管線鋼中C含量越低，SCC敏感性越低。Mn是用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度與韌性的合金元素，它能顯著降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但是Mn含量也不是越高越好。李云濤等［32-33］對(duì)不同Mn含量的國(guó)產(chǎn)Ⅹ70管線鋼進(jìn)行了抗SSCC試驗(yàn)，認(rèn)為影響抗SSCC能力的主要元素是Mn和P而不是C，當(dāng)Mn的質(zhì)童分?jǐn)?shù)由0．5％增到1．5％時(shí)，隨著P含量的增多，管線鋼抗SSCC能力減小。這主要是因?yàn)殡S著鋼中Mn含量增加，形成的夾雜也增加，而MnS作為夾雜的主要成分，是產(chǎn)生氫致破裂的最危險(xiǎn)來(lái)源，但是在鋼中適當(dāng)提高ω（Ca）／ω（S），能改變MnS夾雜物的形狀，使MnS由板條狀變成顆粒狀，使MnS夾雜物降到最小值。大的球化夾雜物與穿晶斷裂相關(guān)聯(lián)，而小的球化夾雜則促成沿晶開(kāi)裂。P形成的夾雜能引起鋼的紅脆性和塑性降低，增加金屬的增氫效果，從而降低鋼在酸性介質(zhì)和H2S介質(zhì)中的穩(wěn)定性。Cu、Ni能夠抉高鋼的抗HIC能力。這是因?yàn)镃u、Ni能夠在酸性濃度較大的環(huán)境中形成致密的氧化膜，降低了氫原子進(jìn)入鋼的基體，減緩H2S腐蝕，提高了抗HIC能力。
3．2 熱處理工藝
由于不同的制造商提供的管線鋼熱處理?xiàng)l件不同，因此，抗SCC敏感性不同。Albarran［34］對(duì)供貨態(tài)、水淬、噴水水淬和淬火十回火4種熱處理?xiàng)l件下的API－X80管線鋼進(jìn)行了SCC敏感性試驗(yàn)。接受狀態(tài)的試樣裂紋擴(kuò)展速率較低，淬火試樣則表現(xiàn)出較高的SCC敏感性，尤其以攪拌水淬最為嚴(yán)重。而在相同的載荷下，淬火＋回火試樣則沒(méi)有裂紋擴(kuò)展。繼續(xù)加大載荷才觀察剄裂紋生成。此外，在給定在載荷下，這些速率都呈現(xiàn)出減低趨勢(shì)并直至裂紋終止。觀察裂紋擴(kuò)展的顯微路徑，供貨態(tài)試樣在主裂紋前端不同的微裂紋處發(fā)展，沿晶界處發(fā)生優(yōu)先溶解。在淬火十回火條件下，裂紋在晶粒內(nèi)部的條狀處形核，沿條狀鐵素體邊界分叉而向前擴(kuò)展，對(duì)于噴水淬火，由于裂紋尖端的孔洞和微裂紋聯(lián)合作用，產(chǎn)生不連續(xù)的階梯狀裂紋擴(kuò)展路徑，而攪拌水淬鋼，在晶粒內(nèi)部及晶界處碳化物的析出和夾雜及第二相的聯(lián)合作用，裂紋顯微路徑是筆直的。Torres-Is-las［35］對(duì)Ⅹ70鋼也采取了上述熱處理工藝，在稀NaHCO3溶液中，慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于接受態(tài)和水噴射冷卻試樣，鋼的SCC機(jī)理主要是膜破裂和陽(yáng)極溶解，而對(duì)于淬火鋼和淬火十回火鋼則是氫脆機(jī)理。
3，3 顯微組織
鋼最終性能的好壞一般是由其顯微組織決定的。在高PH值環(huán)境中，不同的組織對(duì)IGSCC敏感性不同，Asahi［36］對(duì)X65及Ⅹ80鋼在C0O32—HCO3-溶液中的試驗(yàn)結(jié)果證明，均勻的組織比混合組織更抗SCC。在近中性pH值環(huán)境中，顯微組織對(duì)SCC敏感性按貝氏體鐵素體（BF）、貝氏體（B）、鐵素體＋珠光體（F＋P）依次減弱。對(duì)于F＋P鋼，由于F較軟而P較硬，當(dāng)應(yīng)力比較高時(shí)，SCC敏感性增加，而對(duì)顯微組織為BF的鋼，當(dāng)應(yīng)力比R較低時(shí)，SCC敏感性增加．Carneiro［37］研究表明，淬火組織具有最大的腐蝕速率和最高的SCC敏感性，回火組織具有最好的耐SCC特性。焊接接頭是失效事故的多發(fā)部位，其原因主要就是在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)組織不均勻。Lopez［38］等用API X－80鋼在NACE｝溶液中，用改進(jìn)了的楔型張口試樣（MwOL）在水噴熱處理?xiàng)l件下得到了SCC。他們認(rèn)為這種鐵素體上分布的極細(xì)的珠光體增加了SCC敏感性。在這種組織形態(tài)下，裂紋尖端的塑性變形區(qū)產(chǎn)生了大量的氫致裂紋，其中的一些與主裂紋合并促進(jìn)了裂紋的生長(zhǎng)。熱處理時(shí)，這些裂紋優(yōu)先在夾雜和硬質(zhì)點(diǎn)處（如晶界處的細(xì)小碳化物和珠光體區(qū)域）發(fā)展。在焊接熱影響區(qū)，晶粒粗大，組織偏析，夾雜多，遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。在焊縫區(qū)，焊縫本身為鑄造組織，鑄造組織經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷也同樣存在于焊縫，如偏析和縮松，增加SCC敏感性［39］。
4 結(jié)語(yǔ)
管線鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響因素包括環(huán)境、力學(xué)和材料3方面。環(huán)境因素中，pH值、H2S濃度、CO32-—HCO3-濃度和外加電位對(duì)SCC影響顯著；應(yīng)變和應(yīng)變速率作為控制SCC的力學(xué)因素比實(shí)際應(yīng)力更重要；材料的化學(xué)成分和顯微組織顯著影響管線鋼SCC的敏感性。隨著我國(guó)地下輸氣管道輔設(shè)的增加以及高強(qiáng)管線鋼的研制開(kāi)發(fā)，深人探討國(guó)產(chǎn)管線鋼和涂層系統(tǒng)在我國(guó)特定土壤環(huán)境中的SCC研究迫在眉睫，以助SCC壽命預(yù)測(cè)和防護(hù)措施的選用和開(kāi)發(fā)。
影響管線鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）的環(huán)境因素很多，如離子的種類(lèi)、離子的濃度，pH值，氧及其它氣體，緩蝕劑，溫度，壓力，外加電流，輻射等等。這些因素通過(guò)影響對(duì)材料的電化學(xué)行為如雙電層結(jié)構(gòu)、電極電位、電極的極化和鈍化、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)、氫的吸附和擴(kuò)散聚集以及微觀電化學(xué)的不均勻性等，而對(duì)裂紋的形核和擴(kuò)展過(guò)程產(chǎn)生影響。
⒈1 pH值的影響
世界上報(bào)道的第1例長(zhǎng)輸管道失效是1965年在美國(guó)Louisiana州發(fā)生的［3］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其發(fā)生在高濃度的CO32-、-HCO3-環(huán)境中，溶液pH值較高，破壞形式為沿晶型SCC（IGSCC）。此后，在加拿大、澳大利亞、意大利、前蘇聯(lián)和伊朗等國(guó)家相繼有此類(lèi)管線SCC報(bào)道。這些事故的共同特征是：pH值通常在8～10．5，溫度為20～90℃。溶液中CO32-、-HCO3-濃度較高，裂紋在外表面，一般較狹窄，主要是在管道的下底側(cè)形核，沿與管道軸向平行的方向開(kāi)裂。這類(lèi)SCC發(fā)生在嚴(yán)格的電位區(qū)間：－425～—650 mV（SCE），常將這類(lèi)SCC稱(chēng)為高 pH－SCC或經(jīng)典的SCC[4]。
1985年，在加拿大首次發(fā)現(xiàn)了在管道脫落涂層下的穿晶型SCC（TCSCC），隨后又在世界上其他國(guó)家如意大利、墨西哥、前蘇聯(lián)以及沙特阿拉伯等也有發(fā)現(xiàn)，這些裂紋普遍要寬得多，發(fā)生腐蝕的部位在防腐層剝落處，往往下面存在著Na2CO3 ／NaHCO3溶液或NaHCO 晶體，溶液pH值為5～8的中性碳酸鹽溶液環(huán)境［5］。TGSCC傾向發(fā)生在氣溫較低的地區(qū)，這可能與地下水中CO2濃度較高有關(guān)。發(fā)生時(shí)沒(méi)有明顯的電位衰減。常將這類(lèi)SCC稱(chēng)為近中性pH－SCC或經(jīng)典的SCC［4］。
由于第1例管道SCC失效發(fā)生在高pH值環(huán)境，在隨后的時(shí)間里，許多國(guó)家在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)管線鋼高pH值情況開(kāi)展了廣泛的研究。選擇性溶解機(jī)理已經(jīng)成為共識(shí)。這種理論認(rèn)為陽(yáng)極的不斷溶解導(dǎo)致了應(yīng)力腐蝕的形核和擴(kuò)展。但對(duì)陽(yáng)極金屬如何溶解以及應(yīng)力的作用則存在不同觀點(diǎn)，主要有滑移一溶解、沿晶擇優(yōu)溶解、膜致解理、蠕變膜破裂、隧道腐蝕、應(yīng)力吸附斷裂等[7］。Parkins［6］認(rèn)為：鋼在腐蝕介質(zhì)中會(huì)形成一層鈍化膜，如果應(yīng)力能使鈍化膜局部破裂（如位錯(cuò)滑移產(chǎn)生滑移臺(tái)階使膜破裂），局部地區(qū)露出新鮮金屬，它相對(duì)膜未破裂的位置是陽(yáng)極相，會(huì)發(fā)生瞬時(shí)溶解，新鮮金屬在溶液中會(huì)發(fā)生再鈍化，鈍化膜形成后溶解就停止，即裂紋擴(kuò)展停止。已經(jīng)溶解的區(qū)域由于存在應(yīng)力集中，因而使該處的再鈍化膜再一次破裂，又發(fā)生瞬時(shí)溶解，這種膜破裂一金屬溶解一再鈍化過(guò)程循環(huán)反復(fù)，就導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的形核或擴(kuò)展。也有人認(rèn)為第二相的沿晶析出形成了陽(yáng)極相，晶界陽(yáng)極相優(yōu)先溶解，應(yīng)力使溶解形成的裂紋張開(kāi)，使其它沿晶陽(yáng)極相進(jìn)一步溶解［7］。
近中性pH值的SCC被認(rèn)為是發(fā)生在稀的CO32-、-HC03-溶液中，pH值為5．5～8．5，大量研究表明，近中性PH值SCC是穿晶型開(kāi)裂。目前，關(guān)于近中性pH值SCC機(jī)理尚無(wú)定論，Gonzalez-Rodriguez［8］等認(rèn)為是陽(yáng)極溶解和膜破裂機(jī)制，Rebak［9］和Chen［10］等則認(rèn)為近中性 pH值環(huán)境中裂紋擴(kuò)展沒(méi)有特殊條件，這與陽(yáng)極溶解機(jī)制相矛盾，因此他們認(rèn)為是在最初的溶解機(jī)制后氫脆機(jī)理占主導(dǎo)。而大部分學(xué)者［11-13］則傾向于陽(yáng)極溶解與氫的作用相結(jié)合。Parkjns認(rèn)為，近中性pH－SCC是一個(gè)與氫有關(guān)的過(guò)程，裂紋在材料表面的孔坑處形核，這個(gè)微區(qū)環(huán)境中的pH值足以致使產(chǎn)生的H原子滲入鋼中，使金屬脆化，韌性下降．因此，溶解和氫脆聯(lián)合作用使裂紋萌生和擴(kuò)展。而Gu，等人通過(guò)對(duì)X80和Ⅹ52鋼在近中性溶液中的研究結(jié)果表明，當(dāng)陽(yáng)極電位接近自腐蝕電位時(shí)，陽(yáng)極溶解和點(diǎn)蝕首先發(fā)生，產(chǎn)生氫離子致使蝕坑內(nèi)酸化，而內(nèi)外環(huán)境差異使得反應(yīng)以自催化形式進(jìn)行下去，加快了裂紋形核和擴(kuò)展過(guò)程。因此，SCC是由氫促進(jìn)的陽(yáng)極溶解過(guò)程。Bervers［14］指出，裂紋擴(kuò)展和萌生的機(jī)制不一樣，裂紋萌生時(shí)是陽(yáng)極溶解機(jī)制，而擴(kuò)展是氫致開(kāi)裂（HlC）機(jī)制。
⒈2 H2S濃度的影響
H2S應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）是除高pH值SCC和近中性pH值SCC外的又一種應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂形式。天然氣輸送管線中H2S含量較高，且多為濕環(huán)境。H2S是一種弱酸性物質(zhì)，容易水解。陶勇寅［15］等認(rèn)為H2S對(duì)鋼材腐蝕的反應(yīng)式為：
Fe＋H2S －→Fe ＋HS- ＋ H+ → FeS＋H ＋ H
H2S能促進(jìn)氫的進(jìn)入，因而隨著H2S濃度增高，H2S進(jìn)入金屬的氫的逸度增高，當(dāng)在夾雜物附近形成的氫壓大于臨界值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋，裂紋沿著晶界擴(kuò)展的過(guò)程中，導(dǎo)致分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終使金屬的有效截面積減小，降低管道的抗H2S應(yīng)力腐蝕斷裂能力。張學(xué)元等［16］通過(guò)對(duì)16Mn在H2S水溶液中脆斷性研究認(rèn)為，H2S在水溶液中電離出來(lái)的HS-、S2-等離子在材料表面的吸附能抑制陰極反應(yīng)產(chǎn)生的原子氫結(jié)合成氫分子，而使材料表面氫原子濃度增加，當(dāng)H2S濃度增高，材料表面氫與金屬內(nèi)部原子氫形成濃度梯度，在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)力下，原子氫向金屬內(nèi)部擴(kuò)展，在缺陷處（夾雜、晶格、晶界缺陷）等能量較高處捕獲大置氫原子，從而增加鋼的脆斷敏感性。不論是哪種觀點(diǎn)，都肯定了管線鋼SSCC與H2S濃度的關(guān)系，SSCC是氫致開(kāi)裂。
1，3 CO2－CO32-－ HCO3-濃度的影響
HCO3-在鋼的最初溶解過(guò)程中起著重要作用。Parkins［17］在對(duì)C－Mn鋼研究后發(fā)現(xiàn)，最初的活化溶解階段，HCO3-與Fe2+反應(yīng)生成FeCO3，F(xiàn)eCO3在介質(zhì)中氧化形成了疏松的Fe3O4膜。隨著HCO3-濃度增加，腐蝕產(chǎn)物由Fe2O3鈍化膜替代了Fe3O4，在活化／鈍化區(qū)域內(nèi)，晶界發(fā)生選擇性溶解。當(dāng)HCO3-濃度繼續(xù)增大，形成的鈍化膜越來(lái)越不穩(wěn)定，并生成了可溶于水的Fe（CO3）22-，在經(jīng)過(guò)二次鈍化后，最終生成穩(wěn)定致密的γ－Fe2O3。許淳淳［l8］等通過(guò)對(duì)X70鋼在pH值為8．1～9．2的CO32- --- HCO3- 溶液介質(zhì)中的電化學(xué)行為的研究也表明：X70鋼在CO32- －HCO3-溶液中隨HCO3-濃度的變化表現(xiàn)出特殊陽(yáng)極化行為：在HCO3-濃度低于0。75 mol／L的介質(zhì)中出現(xiàn)兩個(gè)鈍化區(qū)，其中一次鈍化膜不能穩(wěn)定存在，經(jīng)過(guò)再次活化溶解過(guò)程，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的二次鈍化膜，在HCO3-濃度為1mol／L的介質(zhì)中只出現(xiàn)一個(gè)鈍化區(qū)，形成的鈍化膜致密穩(wěn)定；并得到與利用Parkins邊界條件[l9]計(jì)算相一致的敏感腐蝕電位區(qū)間。李明星［20」等研究的介質(zhì)采用的是NS4（？）溶液，結(jié)果顯示在NS4溶液中通入的CO2濃度較低時(shí)，CO2對(duì)陰極還原反應(yīng)影響很小，只有CO2濃度增大到一定程度（＞5％）時(shí)，CO2才會(huì)對(duì)陰極還原反應(yīng)有較大影響，但當(dāng)CO2濃度增大到＞50％時(shí)，陰極還原反應(yīng)基本沒(méi)有變化，這是因?yàn)樵诮行匀芤褐?，反?yīng)H2CO3十e→H + HCO3- 的交換電流密度比H+還原反應(yīng)交換電流密度大，因此在相同的pH條件下，CO2會(huì)顯著增加腐蝕速度。
4 溫度的影響
郭浩[21]等用慢應(yīng)變速率法在近中性pH值溶液中的研究溫度對(duì)X70鋼的SCC影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在25℃溫度以上時(shí)，SCC敏感性基本不受影響，而在10℃以下，SCC敏感性略有增加。這是因?yàn)?，在不同溫度下，CO2在水中的溶解度不同，隨著溫度降低，CO2在水中的溶解度增加，反應(yīng)CO2 ＋H2O→H2CO3→2H＋＋CO32-加快，氫致開(kāi)裂作用顯者，SCC敏感性增加。這與現(xiàn)場(chǎng)TGSCC發(fā)生在溫度較低的地域，通常在距離壓縮站較遠(yuǎn)的地方相一致。從現(xiàn)場(chǎng)和一些經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在高pH值條件下，IGSCC通常發(fā)生在壓縮站下游20 km以?xún)?nèi)，溫度升高使溶液中NaHCO3結(jié)晶，產(chǎn)生強(qiáng)堿性濃Na2CO3-－NaHCO3促使pH值達(dá)到IG SCC的范同內(nèi)。
⒈5 外加電位的影響
Charles［22］等認(rèn)為，在陰極保護(hù)條件下，如果管線對(duì)地電位減小到一0．5～－0．7Ⅴ（CSE），應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂會(huì)在有碳酸根和碳酸氫根離子存在的高壓管線的管壁上發(fā)展。施加陰極電位，陰極極化程度小時(shí)，滲氫速度緩慢，陰極極化程度大時(shí)，由于析氫作用是主要作用，材料表面氫原子濃度增高，滲入材料內(nèi)部的氫也增加，導(dǎo)致SCC敏感性增加。陽(yáng)極極化范圍內(nèi)沒(méi)有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感單位區(qū)。郭浩等［23］也在HCO3-濃度較高的近中性pH值介質(zhì)中對(duì)管線鋼進(jìn)行了陰極極化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，金屬發(fā)生溶解形成的腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面上，阻礙了均勻腐蝕的發(fā)生，為局部腐蝕和點(diǎn)蝕創(chuàng)造了條件，而點(diǎn)蝕和局部腐蝕正是SCC裂紋萌生和擴(kuò)展的位置，因此增加了SCC敏感性。當(dāng)增加陽(yáng)極電位時(shí)，均勻腐蝕加速，不能形成局部酸環(huán)境，使SCC敏感性降低。而當(dāng)發(fā)生陰極極化時(shí)，金屬溶解受到抑制，但是陰極還原反應(yīng)產(chǎn)生的氫進(jìn)入到金屬中，出現(xiàn)氫致開(kāi)裂（HIC），隨著陰極電位的負(fù)移，陰極極化加劇，進(jìn)入鋼中的氫越來(lái)越多，SCC敏感性增加。Conzalcz Rodriguez［8］在稀CO32- —HCO3-溶液中的實(shí)驗(yàn)表明，隨著陰極電極電位的降低，SCC敏感性增加。在高pH值介質(zhì)條什下，管線鋼極化曲線表現(xiàn)出明顯的活化一鈍化轉(zhuǎn)變，隨陽(yáng)極電位的增加，SCC敏感性增加，表現(xiàn)出陽(yáng)極溶解型SCC特征。
2 力學(xué)因素
管線的SCC過(guò)程必須有應(yīng)力才會(huì)導(dǎo)致材料形變和開(kāi)裂。應(yīng)力主要來(lái)源于3個(gè)方面「24］：工作載荷、殘余應(yīng)力、腐蝕產(chǎn)物。
2，1 應(yīng)力
發(fā)生SCC需要一個(gè)最小應(yīng)力（或應(yīng)力強(qiáng)度），即閾值應(yīng)力σth（或閾值應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC），只有當(dāng)應(yīng)力超過(guò)σth（或KISCC）時(shí)SCC才能發(fā)生。閾值應(yīng)力并不是形成裂紋所需的應(yīng)力，而是使裂紋能夠繼續(xù)擴(kuò)展的應(yīng)力。應(yīng)力高于閾值應(yīng)力時(shí)，裂紋擴(kuò)展也不是連續(xù)發(fā)生的；應(yīng)力低于閾值應(yīng)力時(shí)裂紋萌生但最終停止擴(kuò)展。σth受多種因素影響，包括波動(dòng)應(yīng)力、SCC環(huán)境、管線表面的電化學(xué)電位以及管線的使用經(jīng)歷等。Beavcrs等研究表明：氧化膜或點(diǎn)蝕坑的存在會(huì)使管線鋼的σth顯著降低［25］。Li等通過(guò)高強(qiáng)鋼的研究認(rèn)為，閾值應(yīng)力強(qiáng)度因子與鋼的屈服強(qiáng)度有關(guān)，本質(zhì)上依賴(lài)于鋼的成分和顯微組織「26」。
試驗(yàn)測(cè)得SCC的閾值應(yīng)力約為70%σSMYS．（管線的最低屈服強(qiáng)度），但服役管道在45%σSMYS操作應(yīng)力下也發(fā)生過(guò)SCC，這可能與管道的應(yīng)力集中或殘余應(yīng)力有關(guān)。大量試驗(yàn)表明：對(duì)于靜載荷，管線鋼發(fā)生SCC的臨界應(yīng)力近似為其屈服應(yīng)力；交變載荷能加速裂紋擴(kuò)展，可把SCC的臨界應(yīng)力降到相應(yīng)靜載荷的臨界應(yīng)力[27］。
2。2 載荷類(lèi)型及應(yīng)變速率
應(yīng)變速率（SR）對(duì)SCC的影響比實(shí)際應(yīng)力更重要，應(yīng)變速率反映了壓力或徑向應(yīng)力的變化速率，大部分情況的應(yīng)變速率相對(duì)恒定，均值為10-9／s或更低，極少數(shù)為10-9／s。較高的應(yīng)變速率使裂尖局部屈服，新鮮金屬將暴露于環(huán)境中，從而使SCC繼續(xù)。
Sercbrinsky的研究表明，裂紋生長(zhǎng)速率（CGR）隨SR單調(diào)增加，而且IGSCC擴(kuò)展速率增加得比TGSCC快。這可能是由于當(dāng)SR達(dá)到最高時(shí)，ICSCC無(wú)不連續(xù)性，因沿晶解理而快速擴(kuò)展。
恒載荷條件下，在應(yīng)力低于門(mén)檻值時(shí)，裂紋萌生并會(huì)擴(kuò)展到一定程度，但隨著時(shí)間的增加，裂尖應(yīng)變速率降低，當(dāng)其低于臨界值時(shí)，裂紋停止擴(kuò)展［6］。循環(huán)載荷通過(guò)降低裂紋擴(kuò)展閘檻值而增加管線的SCC敏感性［28］，隨著加載頻率的降低，裂紋擴(kuò)展仍表蜆出強(qiáng)烈的門(mén)檻值特征，這是因?yàn)榱鸭y開(kāi)裂的門(mén)檻值隨應(yīng)力強(qiáng)度因子的降低略有下降，而裂紋擴(kuò)展系數(shù)隨加載頻率減低而迅速上升［29］。當(dāng)高應(yīng)力比R＝0．9（R＝Pmin／Pmax，P是管線運(yùn)行壓力）時(shí)，靜載荷拉伸力學(xué)因素在斷裂機(jī)制中占主導(dǎo)地位，環(huán)境介質(zhì)對(duì)裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值沒(méi)有明顯影響，而當(dāng)應(yīng)力比較?。≧＝0．1）時(shí)，裂紋擴(kuò)展主要是以疲勞斷裂來(lái)進(jìn)行「30]。
慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)時(shí)，SCC敏感性與外加應(yīng)變速率關(guān)系密切，當(dāng)外加應(yīng)變速率較高時(shí)，裂尖溶液不能及時(shí)進(jìn)入金屬內(nèi)部，因此沒(méi)有足夠的時(shí)間與金屬原子作用，溶液未能起到足夠的作用，因此，SCC受到抑制，此時(shí)，力學(xué)因素占主導(dǎo)。而當(dāng)外加應(yīng)變速率較低時(shí)，裂尖溶液有足夠的時(shí)間與金屬原子作用，裂尖的電化學(xué)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，SCC容易進(jìn)行[31]。因此，動(dòng)載荷在SCC過(guò)程中起著重要作用。
3 材料因素
3。1 化學(xué)成分
鋼的化學(xué)成分直接影響鋼材的力學(xué)性能、韌性和抗腐蝕性能。一般來(lái)說(shuō)，管線鋼中C含量越低，SCC敏感性越低。Mn是用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度與韌性的合金元素，它能顯著降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但是Mn含量也不是越高越好。李云濤等［32-33］對(duì)不同Mn含量的國(guó)產(chǎn)Ⅹ70管線鋼進(jìn)行了抗SSCC試驗(yàn)，認(rèn)為影響抗SSCC能力的主要元素是Mn和P而不是C，當(dāng)Mn的質(zhì)童分?jǐn)?shù)由0．5％增到1．5％時(shí)，隨著P含量的增多，管線鋼抗SSCC能力減小。這主要是因?yàn)殡S著鋼中Mn含量增加，形成的夾雜也增加，而MnS作為夾雜的主要成分，是產(chǎn)生氫致破裂的最危險(xiǎn)來(lái)源，但是在鋼中適當(dāng)提高ω（Ca）／ω（S），能改變MnS夾雜物的形狀，使MnS由板條狀變成顆粒狀，使MnS夾雜物降到最小值。大的球化夾雜物與穿晶斷裂相關(guān)聯(lián)，而小的球化夾雜則促成沿晶開(kāi)裂。P形成的夾雜能引起鋼的紅脆性和塑性降低，增加金屬的增氫效果，從而降低鋼在酸性介質(zhì)和H2S介質(zhì)中的穩(wěn)定性。Cu、Ni能夠抉高鋼的抗HIC能力。這是因?yàn)镃u、Ni能夠在酸性濃度較大的環(huán)境中形成致密的氧化膜，降低了氫原子進(jìn)入鋼的基體，減緩H2S腐蝕，提高了抗HIC能力。
3．2 熱處理工藝
由于不同的制造商提供的管線鋼熱處理?xiàng)l件不同，因此，抗SCC敏感性不同。Albarran［34］對(duì)供貨態(tài)、水淬、噴水水淬和淬火十回火4種熱處理?xiàng)l件下的API－X80管線鋼進(jìn)行了SCC敏感性試驗(yàn)。接受狀態(tài)的試樣裂紋擴(kuò)展速率較低，淬火試樣則表現(xiàn)出較高的SCC敏感性，尤其以攪拌水淬最為嚴(yán)重。而在相同的載荷下，淬火＋回火試樣則沒(méi)有裂紋擴(kuò)展。繼續(xù)加大載荷才觀察剄裂紋生成。此外，在給定在載荷下，這些速率都呈現(xiàn)出減低趨勢(shì)并直至裂紋終止。觀察裂紋擴(kuò)展的顯微路徑，供貨態(tài)試樣在主裂紋前端不同的微裂紋處發(fā)展，沿晶界處發(fā)生優(yōu)先溶解。在淬火十回火條件下，裂紋在晶粒內(nèi)部的條狀處形核，沿條狀鐵素體邊界分叉而向前擴(kuò)展，對(duì)于噴水淬火，由于裂紋尖端的孔洞和微裂紋聯(lián)合作用，產(chǎn)生不連續(xù)的階梯狀裂紋擴(kuò)展路徑，而攪拌水淬鋼，在晶粒內(nèi)部及晶界處碳化物的析出和夾雜及第二相的聯(lián)合作用，裂紋顯微路徑是筆直的。Torres-Is-las［35］對(duì)Ⅹ70鋼也采取了上述熱處理工藝，在稀NaHCO3溶液中，慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于接受態(tài)和水噴射冷卻試樣，鋼的SCC機(jī)理主要是膜破裂和陽(yáng)極溶解，而對(duì)于淬火鋼和淬火十回火鋼則是氫脆機(jī)理。
3，3 顯微組織
鋼最終性能的好壞一般是由其顯微組織決定的。在高PH值環(huán)境中，不同的組織對(duì)IGSCC敏感性不同，Asahi［36］對(duì)X65及Ⅹ80鋼在C0O32—HCO3-溶液中的試驗(yàn)結(jié)果證明，均勻的組織比混合組織更抗SCC。在近中性pH值環(huán)境中，顯微組織對(duì)SCC敏感性按貝氏體鐵素體（BF）、貝氏體（B）、鐵素體＋珠光體（F＋P）依次減弱。對(duì)于F＋P鋼，由于F較軟而P較硬，當(dāng)應(yīng)力比較高時(shí)，SCC敏感性增加，而對(duì)顯微組織為BF的鋼，當(dāng)應(yīng)力比R較低時(shí)，SCC敏感性增加．Carneiro［37］研究表明，淬火組織具有最大的腐蝕速率和最高的SCC敏感性，回火組織具有最好的耐SCC特性。焊接接頭是失效事故的多發(fā)部位，其原因主要就是在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)組織不均勻。Lopez［38］等用API X－80鋼在NACE｝溶液中，用改進(jìn)了的楔型張口試樣（MwOL）在水噴熱處理?xiàng)l件下得到了SCC。他們認(rèn)為這種鐵素體上分布的極細(xì)的珠光體增加了SCC敏感性。在這種組織形態(tài)下，裂紋尖端的塑性變形區(qū)產(chǎn)生了大量的氫致裂紋，其中的一些與主裂紋合并促進(jìn)了裂紋的生長(zhǎng)。熱處理時(shí)，這些裂紋優(yōu)先在夾雜和硬質(zhì)點(diǎn)處（如晶界處的細(xì)小碳化物和珠光體區(qū)域）發(fā)展。在焊接熱影響區(qū)，晶粒粗大，組織偏析，夾雜多，遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。在焊縫區(qū)，焊縫本身為鑄造組織，鑄造組織經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷也同樣存在于焊縫，如偏析和縮松，增加SCC敏感性［39］。
4 結(jié)語(yǔ)
管線鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響因素包括環(huán)境、力學(xué)和材料3方面。環(huán)境因素中，pH值、H2S濃度、CO32-—HCO3-濃度和外加電位對(duì)SCC影響顯著；應(yīng)變和應(yīng)變速率作為控制SCC的力學(xué)因素比實(shí)際應(yīng)力更重要；材料的化學(xué)成分和顯微組織顯著影響管線鋼SCC的敏感性。隨著我國(guó)地下輸氣管道輔設(shè)的增加以及高強(qiáng)管線鋼的研制開(kāi)發(fā)，深人探討國(guó)產(chǎn)管線鋼和涂層系統(tǒng)在我國(guó)特定土壤環(huán)境中的SCC研究迫在眉睫，以助SCC壽命預(yù)測(cè)和防護(hù)措施的選用和開(kāi)發(fā)。
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