摘要：闡述了埋地鋼質管道應力腐蝕開裂的影響因素和類型，總結了國內外典型的管道應力腐蝕開裂事故和研究狀況，提出了預防措施。
關鍵詞：應力腐蝕開裂；埋地鋼質管道；腐蝕環境；應力
Stress Corrosion Cracking of Buried Steel Pipeline
and Its Prevention
CHE Li-xin，DUAN Chang-gui
(Haerbin Institute of Technology，Haerbin 150090，China)
Abstract：The influencing factors and types of stress corrosion cracking(SCC)of buried steel pipeline are described，the domestic and foreign typical accidents and the research status of SCC on pipeline are summarized，and the precaution measures are put forward．
Key words：stress corrosion cracking； buried steel pipeline；corrosion environment；stress
1 概述
??? 目前，我國現有油氣長輸管道超過3×104km，其中60％已進入事故多發期。城市燃氣管網建設和更新改造也在快速發展。由腐蝕、開裂和機械損傷等造成的事故十分頻繁，預防埋地管道產生腐蝕破壞，保障管道的長期安全運行，成為備受關注的重要問題。
??? 據有關國家調查統計，每年因腐蝕造成的直接經濟損失占當年本國國民經濟生產總值的1.5％～4.2％。因此，對埋地管道的腐蝕已開展了多年的研究，取得了許多有意義的成果。但由于管道的土壤環境的變化、工況條件的變化、管道制作及腐蝕控制措施的不同，存在的腐蝕類型也發生了變化。例如，近年來頻繁出現了應力腐蝕事故，對應力腐蝕開裂的研究逐漸增多。據加拿大11家公司對1985年一1995年間油氣管道事故的統計，應力腐蝕開裂占破壞事故總數的17％；日本三菱化工機械公司對10a中破壞事故的調查統計結果表明，應力腐蝕開裂事故占45.6％。
??? 經驗表明，應力腐蝕開裂是埋地管道發生突發性破壞事故的主要危險之一。從腐蝕的類型看，點腐蝕和縫隙腐蝕造成的危害性相對較小，易于控制，而應力腐蝕開裂事故往往是在沒有明顯預兆的情況下，突然發生管道的災難性破壞，其后果極其嚴重。因此，必須高度重視埋地管道的應力腐蝕開裂，通過研究提出相應的預防措施，將其造成的損失降到最低限度。
2 應力腐蝕開裂的影響因素
? ??應力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking，簡稱SCC)是指受拉伸應力作用的金屬材料在某些特定的介質中，由于腐蝕介質與應力的協同作用而發生的脆性斷裂現象。埋地鋼質管道運行中引發應力腐蝕開裂必須同時具備3個條件，即應力、特定的腐蝕環境和敏感的管道材料。
? ??①應力
? ??應力的主要作用是使金屬發生應變，產生滑移，促進SCC裂紋形成、擴展和斷裂。對于管線鋼，應力可以來源于管道工作壓力，也可以是腐蝕產物膜產生的體積應力或材料制造過程中的殘余應力。管道承受的應力按方向分為軸向應力和徑向應力， SCC裂紋在徑向應力的作用下沿軸向萌生和擴展，而在軸向應力的作用下沿徑向擴展。發生應力腐蝕的應力存在一個臨界值，不僅應力的大小，而且應力的波動也是影響SCC的力學因素。管道應力波動主要來源于管道工作壓力的循環波動。由于管道運輸向著大口徑、高輸送壓力方向發展，因而工作壓力的影響不可忽視，而工作壓力可產生徑向應力進而導致軸向SCC的產生。
? ??②腐蝕環境
? ??金屬管道只有在特定的腐蝕介質中才會產生應力腐蝕開裂，對油、氣輸送管道，內部腐蝕介質的影響因素主要為H2S，外部腐蝕介質的影響因素主要為土壤和地下水中的NO3-、OH-、CO2-3、HCO3-和 Cl-等。另外，陰極保護電位和環境pH值對管線鋼的SCC也有重要影響。
? ??③管道材料
? ??金屬材料的敏感性與鋼材種類、鋼材的等級、制造工藝、表面狀態有關。
管道發生應力腐蝕開裂是腐蝕和應力兩種因素通過相互協同作用而促進發生的，這兩種因素的聯合作用所引起的破壞遠遠大于單一因素分別作用后再疊加起來的結果。產生SCC的應力不一定很大，遠低于管線鋼的屈服極限，若沒有腐蝕介質存在，管道可以長期服役而不會發生任何腐蝕破壞；反之亦然，產生SCC的特定介質的腐蝕性往往也是輕微的，如果沒有應力存在，材料在這種介質中可能是足夠耐腐蝕的。因此，應力腐蝕開裂是最嚴重的局部腐蝕破壞形式之一。
3 管線鋼應力腐蝕開裂的類型
??? 按照內外腐蝕介質對管線鋼的影響，可分為受土壤中腐蝕介質影響的應力腐蝕開裂和受管內腐蝕介質影響的硫化物應力腐蝕開裂兩類。管線鋼在土壤中發生的應力腐蝕開裂主要分為高pH值沿晶型應力腐蝕開裂IGSCC和近中性低pH值穿晶型應力腐蝕開裂(TGSCC)兩種類型。
3．1 高pH值沿晶型應力腐蝕開裂特征[1、2]
??? ①發生在濃的碳酸鹽和碳酸氫鹽環境中，介質的pH值較高，通常為9～11。
??? ②裂紋形態為沿晶型，裂紋密而窄，側壁無明顯腐蝕，沿晶型裂紋為主。
??? ③與溫度有關，在22～90℃下，裂紋擴展速率隨溫度上升而成指數關系增大。
??? ④裂紋多出現在距加壓站1～2個控制閥處，該部位的壓力和壓力波動比稍遠的下游高。失效數量隨距加壓站距離的增加和管道溫度的降低而顯著降低。
??? ⑤與特殊的地勢、干濕交替的土壤以及可使防腐涂層剝離或損傷的土壤有關。
⑥發生在特定的開裂電位范圍，隨溫度變化，在室溫下的開裂電位(參比電極為飽和甘汞電極)為-520～-750 mV。
3．2 近中性低pH值穿晶型應力腐蝕開裂特征[1、2]
??? ①一般發生在涂層受損、剝離和多孔滲水處，在含CO2的稀電解液中形成，pH值為5.5～7.5。
??? ②裂紋形態為穿晶型，側壁有明顯腐蝕，裂紋深入擴展后變窄，以較寬的穿晶型裂紋為主。
??? ③與溫度無明顯關系，也發生在地下水中 CO2含量較高的寒冷地帶。
??? ④曾經探測到在距加壓站67 km處出現穿晶型應力腐蝕開裂裂紋。65％的失效發生在加壓站和下游第1個閥之間(16～30km)，12％的失效發生在第1個和第2個閥之間，5％的失效發生在第2個和第3個閥之間，18％的失效發生在第3個閥的下游。
??? ⑤與特殊的地勢、干濕交替的土壤以及可使涂層剝離或損傷的土壤有關。
⑥發生在自然腐蝕電位為-760～-790 mV處。由于涂層的屏蔽或其他原因，陰極極化無法到達管子表面。
3．3 硫化物應力腐蝕開裂
我國生產運輸的油氣中廣泛存在著硫化氫，致使油氣輸送管道的內壁存在著硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)的威脅。如果在輸送氣體中含有水分，H2S、 CO2溶于水中便形成了腐蝕性介質，管道表面的各種缺陷為易腐蝕的薄弱環節，在應力和腐蝕性介質的聯合作用下，在金屬表面鈍化膜破裂處及其他缺陷處一般產生點腐蝕，在點蝕坑的底部易引發應力腐蝕開裂的初始裂紋，并通過應力和腐蝕介質的協同作用使裂紋繼續生長擴展，直至材料失穩斷裂。
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