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當(dāng)不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)，通常是特定離子存在下，一般是氯化物，陽(yáng)極控制的斷裂，或者是陰極控制的加氫裂化。除氯化物外，其它鹵化物也能引起斷裂，但它們不經(jīng)常遇到并且它們的作用取決于溶液中的其它變量如酸度和氧化能力，正如點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的情形。鹵素鹽中陽(yáng)離子的影響主要是它們對(duì)水解pH的影響，酸性鹽越多腐蝕性就越強(qiáng)。最常見(jiàn)的鹽氯化鈉是相當(dāng)中性的；它的腐蝕性一般比含鈣及鎂的鹽要弱。加氫裂化通常需要高的氫分壓，并且主要限于雙相和鐵素體不銹鋼的鐵素體相中。

高性能不銹鋼，不管是什么結(jié)構(gòu)類型，通常都比標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能更好。原因是從應(yīng)力腐蝕斷裂的角度看，304和316不銹鋼中8%～12%的鎳含量處于一個(gè)不合適的水平；Copson56多年前采用45%的沸騰MgCl2溶液證明了這一點(diǎn)。較高的鎳、鉻、鉬含量提高了奧氏體的耐應(yīng)力腐蝕斷裂的性能，從而提高了高性能不銹鋼的耐腐蝕性。鐵素體相進(jìn)一步改善了雙相不銹鋼的耐腐蝕性，并使得鐵素體不銹鋼在通常碰到的氯化物介質(zhì)中具有非常好的耐腐蝕性。此外，近來(lái)已明確了45%的沸騰MgCl2溶液，盡管能清楚地顯示出合金化的效果，但它是一種腐蝕性極強(qiáng)的介質(zhì)，在定義適用范圍時(shí)不一定有用。當(dāng)前的研究已把重點(diǎn)放在模擬真實(shí)情況的方法步驟上。當(dāng)在氯化鈉介質(zhì)中試驗(yàn)時(shí)，既定的合金化作用得到證實(shí)。此外，從高性能不銹鋼上獲得有效的耐腐蝕性的可能性也已被顯示出來(lái)，見(jiàn)圖61。在200℃、26%的NaCl溶液中，處于奧氏體高性能不銹鋼鎳含量范圍的合金顯示出很長(zhǎng)的失效時(shí)間或不腐蝕狀態(tài)。

水和含鹽水介質(zhì)   

高性能不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能已經(jīng)在各種涉及到氯化物的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中得到評(píng)估。當(dāng)初開(kāi)發(fā)出這些試驗(yàn)以適用于會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的冷卻水或者含鹽水等惡劣條件。通過(guò)試驗(yàn)條件的改變，產(chǎn)生不同的腐蝕程度，進(jìn)行不同高性能不銹鋼和標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼間的對(duì)比。表31定性總結(jié)了不銹鋼在這些試驗(yàn)中的性能表現(xiàn)。表中所列出的試驗(yàn)按如下順序排列：左邊是較苛刻的高溫酸性氯化物介質(zhì)；右邊是苛刻的高氧含量、高溫介質(zhì)；中間是較適中的低溫介質(zhì)。表中各個(gè)部分，所列出的鋼種分組從上到下按照耐腐蝕性增加的順序排列。以316不銹鋼為代表的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體鋼種，在所有這些試驗(yàn)中都會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。最苛刻的試驗(yàn)，45%的沸騰MgCl2溶液試驗(yàn)將在除了低鎳鐵素體不銹鋼外的所有高性能不銹鋼上引起應(yīng)力腐蝕斷裂。在最敏感的鋼種和最苛刻的試驗(yàn)條件之間，合金的性能存在一個(gè)很寬的范圍。

在高性能奧氏體不銹鋼中，A-2組的不銹鋼在所有試驗(yàn)中都表現(xiàn)出應(yīng)力斷裂的敏感性，而A-5組的不銹鋼稍好一些。雖然這兩組的不銹鋼在不太苛刻的試驗(yàn)中表現(xiàn)可能比316不銹鋼好一些，但不應(yīng)當(dāng)用它們來(lái)解決316不銹鋼應(yīng)力腐蝕斷裂問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兊逆嚭績(jī)H僅稍高于316不銹鋼。采用鎳含量在18%以上的奧氏體不銹鋼，則耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能得到顯著改善。這種改善隨著鎳含量以及鉻和鉬含量的增加而增加。例如，在高性能奧氏體不銹鋼中，904L和20Cb-3不銹鋼常常用于那些316不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能不足以滿足需要的應(yīng)用，并且有優(yōu)良的表現(xiàn)。表31顯示，A-4和A-6組的不銹鋼在更惡劣的環(huán)境下應(yīng)當(dāng)是有效的。高性能雙相不銹鋼在耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能方面優(yōu)于304和316不銹鋼，因?yàn)樗鼈兒需F素體相，但是它們不像大多數(shù)高合金化奧氏體和鐵素體合金那樣能夠耐極端腐蝕性的環(huán)境。這可能是因?yàn)樗鼈?%～8%的鎳含量，在奧氏體相中是很有害的。鐵素體不銹鋼均有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂性能。那些不含鎳的鋼種在表31所示的任何試驗(yàn)介質(zhì)中沒(méi)有表現(xiàn)出敏感性，而在腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)中，較高合金化的F-2和F-3組不銹鋼的1%～4%的鎳含量會(huì)造成腐蝕敏感性。

將實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)力腐蝕斷裂數(shù)據(jù)用于工程設(shè)計(jì)是很困難的，因?yàn)橐婕暗匠辖鸷恳酝獾脑S多系統(tǒng)變化因素。這些變化因素包括實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)、蒸發(fā)和局部離子濃縮的可能性，以及由含氧量決定的電位。易發(fā)生局部沸騰以及熱表面覆蓋保溫層的熱交換器是經(jīng)常碰到的涉及如上因素的情形。標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼的局限性顯示，在這些場(chǎng)合需要采用高性能不銹鋼。Wick試驗(yàn)和液滴蒸發(fā)試驗(yàn)都試圖模擬這些條件。液滴蒸發(fā)試驗(yàn)是其中較苛刻的方法，并常在各種應(yīng)力水平下進(jìn)行。許多情況下，該試驗(yàn)可為鋼種選擇提供指南。圖62給出了典型高性能不銹鋼的液滴蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果；所有試驗(yàn)都是在相同的實(shí)驗(yàn)室、在完全相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。這些數(shù)據(jù)表明，鐵素體不銹鋼，以及較高合金化的高性能奧氏體和雙相不銹鋼組中的鋼種，在許多冷卻水應(yīng)用所遇到的局部沸騰（沸點(diǎn)為常壓沸點(diǎn)）和蒸發(fā)的情況下表現(xiàn)良好。

實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)支持這些結(jié)論。高性能不銹鋼代替由于應(yīng)力腐蝕斷裂而失效的304和316不銹鋼熱交換器管道和容器已經(jīng)有許多成功的實(shí)例。這些鋼種發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的可能性極少。雖然很難規(guī)定使用限制，但實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)為在含氧冷卻水中的應(yīng)用提供了一些指導(dǎo)，見(jiàn)圖63。304和316不銹鋼的這條實(shí)線是根據(jù)一項(xiàng)對(duì)運(yùn)行中的熱交換器的調(diào)查得來(lái)的，描述了對(duì)于約六年的有效使用年限，溫度和氯化物含量的限制。這條曲線隨熱交換器的種類和工藝流體的溫度等因素的變化，位置會(huì)稍有變動(dòng)，但它為304和316不銹鋼提供了參考，并且強(qiáng)調(diào)了應(yīng)力腐蝕雖然可以在較低溫度下發(fā)生，但如果水中氯化物濃度很低時(shí)發(fā)生了蒸發(fā)，它就很可能在約50℃ 以上的溫度下發(fā)生。高性能不銹鋼的曲線是根據(jù)圖62的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)得來(lái)的。這些曲線表明高性能不銹鋼在相當(dāng)高的氯化物濃度和溫度下使用是有效的。

含硫石油天然氣介質(zhì)   

硫化氫的存在增加了油氣生產(chǎn)常常涉及的高氯化物水溶液的腐蝕性，二氧化碳的存在或有意添加的酸化劑增大了這些介質(zhì)的腐蝕性。隨著介質(zhì)苛刻程度的增加，發(fā)生點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕斷裂甚至全面腐蝕的可能性增加。在H2S含量相對(duì)較低時(shí)，所有三種結(jié)構(gòu)類型的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼都能提供有效的耐腐蝕性，并且許多已被納入NACE標(biāo)準(zhǔn)MR0175，“油田裝置使用的耐硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂的金屬材料”。然而，當(dāng)H2S分壓、氯化物濃度、溫度以及酸度增加時(shí)，有必要采用高性能奧氏體和雙相不銹鋼以提供有效的耐蝕性。從H2S-促進(jìn)應(yīng)力腐蝕斷裂的角度看，高性能奧氏體不銹鋼一般優(yōu)于雙相不銹鋼，而鐵素體鋼種遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如前面兩種不銹鋼。因?yàn)樵S多應(yīng)用要求高強(qiáng)度，所以中等腐蝕性介質(zhì)下，雙相不銹鋼通常是首選，并且它們已被廣泛地研究來(lái)確定在這些環(huán)境下的適用性限制。

雙相不銹鋼對(duì)含硫介質(zhì)的耐蝕性是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)槟臀g性取決于冶金學(xué)、環(huán)境和應(yīng)力因素之間的相互影響。在H2S存在時(shí)，主要的失效方式是鐵素體相的氫應(yīng)力斷裂。低pH和高氯化物含量似乎加速了這一過(guò)程。但溫度的影響是這樣的，隨著溫度從室溫升高到大約100℃，敏感性增加，然后在較高溫度時(shí)下降。陽(yáng)極應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理或均勻腐蝕在較高溫度下占優(yōu)勢(shì)，尤其當(dāng)氯化物含量高時(shí)。從冶金學(xué)的角度看，如果組織中鐵素體所占比例高，則對(duì)加氫裂化有利，而過(guò)多的奧氏體會(huì)促進(jìn)陽(yáng)極形式的斷裂發(fā)生。冷加工會(huì)促使兩種形式的斷裂發(fā)生，但經(jīng)常采用一定程度的冷加工來(lái)達(dá)到較高的強(qiáng)度。除了已經(jīng)提到的環(huán)境因素外，粘在金屬表面的油能起到抑制作用；一些離子，如海水和人工水中的碳酸氫鹽，也提高了pH，產(chǎn)生了苛刻程度低于實(shí)驗(yàn)室的介質(zhì)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室采用的是無(wú)緩沖劑的氯化鈉溶液。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，試樣加載應(yīng)力的方式也會(huì)得出不同的試驗(yàn)結(jié)果，必須從工程適用性的角度加以解釋。

許多實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相比，結(jié)論似乎過(guò)于保守。例如，用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)（SSRT）方法進(jìn)行應(yīng)力腐蝕斷裂評(píng)定，所確定的合格H2S水平一般低于用其他方法試驗(yàn)得出的結(jié)果。這種差異以及H2S和溫度對(duì)應(yīng)力腐蝕斷裂的影響，見(jiàn)圖64。SSRT（慢應(yīng)變速率試驗(yàn)）通常在最低H2S分壓產(chǎn)生斷裂，而且溫度在大約100℃時(shí)，應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性為最大值。已經(jīng)確定了發(fā)生各種形式腐蝕的H2S和溫度的范圍。圖65給出了一個(gè)2205雙相不銹鋼的例子。在一些H2S分壓和溫度組合最小值之上，局部點(diǎn)蝕有可能發(fā)生，然后是應(yīng)力腐蝕斷裂。在H2S分壓和溫度組合最大值的地方，會(huì)發(fā)生均勻腐蝕。這些范圍將隨著其他環(huán)境因素以及合金成分和鋼種的變化而變化。圖66馬氏體、雙相以及奧氏體不銹鋼的情形說(shuō)明了這一點(diǎn)。雙相不銹鋼在中等腐蝕條件下有優(yōu)良的性能，但苛刻的應(yīng)用條件，需要采用高性能奧氏體不銹鋼或鎳基合金。

氫介質(zhì)   

標(biāo)準(zhǔn)和高性能奧氏體不銹鋼對(duì)具有高氫氣分壓的環(huán)境有很好的耐腐蝕性，它們常被指定用于各種溫度和壓力的氫介質(zhì)。鐵素體相對(duì)氫損害很敏感，從雙相不銹鋼，尤其鐵素體不銹鋼的較差表現(xiàn)可以反映出來(lái)。雙相不銹鋼在適中的含氫條件下能夠保持一定的塑性和韌性，因?yàn)榧词硅F素體相嚴(yán)重脆化，奧氏體相還能提供剩余的塑性。

這種奧氏體的有利作用在鐵素體鋼種中不存在；因此，當(dāng)在涉及氫的應(yīng)用中考慮它們時(shí)要謹(jǐn)慎。例如，當(dāng)鐵素體不銹鋼暴露在含氫的退火氣氛中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生孔隙和裂紋。加工碳?xì)浠衔飼r(shí)，在比較適中的溫度，有充氫的可能性，特別是當(dāng)充氫的催化劑如氰化物存在時(shí)。熱交換器運(yùn)送冷卻水時(shí)，如果表面是通過(guò)電耦合和陰極保護(hù)來(lái)維持陰極，有可能充氫并導(dǎo)致嚴(yán)重的脆化。充氫開(kāi)始變得顯著時(shí)的電勢(shì)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極大約為-800mV。氯化物濃度、生物活性、電勢(shì)、溫度以及時(shí)間都影響充氫苛刻程度。氯化物對(duì)由于氫脆造成 F-2組的鐵素體不銹鋼塑性下降的影響見(jiàn)圖67。氫脆降低了塑性和韌性。破裂常常由于解理造成，但嚴(yán)重的氫脆甚至將引起晶界破裂。用鈦穩(wěn)定化或鎳合金化似乎加劇了這種作用。高純E-BRITE26-1可能是最耐蝕的高性能鐵素體不銹鋼，在許多涉及氫和氰化物的精煉廠應(yīng)用中具有良好的使用性能。

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