材料中腐蝕環(huán)境和循環(huán)應(yīng)力的相互作用造成應(yīng)力腐蝕開裂。關(guān)于油氣運(yùn)輸管道在高pH值和低pH值下的應(yīng)力腐蝕失效案例已有大量報(bào)道。應(yīng)力腐蝕開裂可以增加油氣管道失效的概率，導(dǎo)致大約15%-20%管道失效，嚴(yán)重影響管道的使用壽命。

圖注：油氣運(yùn)輸管道

　　應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的機(jī)理各不相同，包括氫脆、吸收導(dǎo)致的開裂、原子表面移動(dòng)、膜的破裂、應(yīng)力加速溶解、膜造成的開裂、管道點(diǎn)蝕、破裂、局部表面塑性。但是低pH值腐蝕開裂一般存在于稀釋的溶液中，如碳酸鹽和碳酸氫鹽，其pH值約為6;高pH值應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生在pH約為9的溶液中，裂紋生長速度受溫度影響。圖1顯示了受應(yīng)力腐蝕開裂影響的管道產(chǎn)生了噴氣燃料的泄漏。

　　圖1

　　為了更好的收集油氣，氯離子等化學(xué)物質(zhì)在將水注入油氣庫的過程中進(jìn)入管道。氯離子可以穿過油氣造成不同形式的管道局部腐蝕，如點(diǎn)蝕。這些被腐蝕的區(qū)域變成應(yīng)力腐蝕開裂區(qū)域，因?yàn)檠h(huán)應(yīng)力作用于管道中運(yùn)輸?shù)囊后w，時(shí)不時(shí)地激發(fā)系統(tǒng)性的開裂。同時(shí)，管道中在六點(diǎn)鐘方向由于受到擾流作用，造成局部點(diǎn)蝕，如圖2所示，進(jìn)而造成應(yīng)力腐蝕開裂和管道泄漏。

　　圖2

　　由于應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生疲勞應(yīng)力失效點(diǎn)，該點(diǎn)的氧化物隨著距離的變化而發(fā)生變化，即從金屬富集的地方移動(dòng)到氧富集的地方(圖3)。當(dāng)然，由于操作壓力產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力載荷，管道越來越多地暴露在腐蝕性環(huán)境下，已有開裂在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)張，新的開裂生成。Gamboa等人通過實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)：若向使用中的X65碳鋼管施加循環(huán)壓力，碳鋼管將產(chǎn)生疲勞，永久應(yīng)力腐蝕開裂將不斷形成并擴(kuò)展。循環(huán)載荷下疲勞導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂擴(kuò)張，如圖4所示。

　　圖3

　　圖4

　　在分析了由于氯化物侵入導(dǎo)致的管道失效后，Kuma等人建議：使用低氯隔離材料、管道涂層使用隔離材料、用硅酸鈣及防水隔離材料代替含氯玻璃棉。

　　圖5為氯化物應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的沿不銹鋼晶界的穿晶斷口和二次裂紋。

　　圖5

　　一些研究者如Contreras等人還研究了應(yīng)力腐蝕開裂對管道熱影響區(qū)(HAZs)的影響。Contreras通過在H2S飽和環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)變率測試，測量了X52和X70(焊接等級)管道對于應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。他們得出的結(jié)論是：材料在腐蝕環(huán)境外界發(fā)生韌性失效，在腐蝕環(huán)境中發(fā)生脆性失效。這就證明了在腐蝕性環(huán)境中，材料的機(jī)械性能降低。作者進(jìn)一步指出， X52焊接管的氫滲透值高于X70焊接管。這暗示了相較于X70管道，X52管道的熱影響區(qū)對于腐蝕環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂更為敏感。

　　在接近pH中性溶液里，X70焊管表面沒有形成穩(wěn)定的氧化物。Kentish還使用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)方法來測定X70級管道由于噴砂處理，其表面粗糙度對應(yīng)力腐蝕開裂的影響。作者得出的結(jié)論是：粗糙度越高，失效時(shí)間越短，這表明材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力正在減弱。這意味著即使如噴砂處理一類必不可少的制造技術(shù)，也會使管道表面附著涂層，同時(shí)增加應(yīng)力腐蝕的潛在風(fēng)險(xiǎn)。管道應(yīng)力腐蝕開裂的一些原因在表1中做出了總結(jié)。

責(zé)任編輯：田雙

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