應力腐蝕開裂系金屬在應力和腐蝕介質共同作用下而發生的一種破壞形式。在靜拉應力作用下的腐蝕破壞，一般稱為應力腐蝕；而在交變應力作用下的腐蝕破壞則稱為腐蝕疲勞。即使是塑性材料，應力腐蝕開裂也是脆性形式的開裂。

應力腐蝕是一種局部腐蝕，形成的裂紋常被腐蝕介質覆蓋，不易被發現，具有突發性。零件在應力和腐蝕介質作用下，表面氧化膜被腐蝕而受到破壞，破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽極和陰極，陽極處的金屬成為離子而被溶解，產生電流流向陰極。由于陽極的面積比陰極的小得多，陽極的電流密度很大，會進一步腐蝕已破壞的表面，加上拉應力的作用，破壞處逐漸形成裂紋，裂紋隨時間逐漸擴展直至斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發展，而且還能穿過晶粒。

某公司使用的304不銹鋼彎頭在使用5a(年)后彎頭內彎側表面出現裂紋。管道設計壓力為9.48MPa，工作溫度為60℃，實際操作壓力為8.5MPa，輸送介質為氧氣，使用環境為室外。為找出該304不銹鋼彎頭內側裂紋產生的原因，筆者對其進行了一系列檢驗與分析，并提出了相應的改進措施。

理化檢驗

分析與討論

宏觀分析結果表明，沿彎頭周向形成的裂紋位于端部且靠近焊接區域，裂紋沒有在彎頭的整個圓周上形成，只存在于殘留腐蝕產物的內彎側，而表面光滑的外彎側未形成周向裂紋，可見腐蝕產物對裂紋的形成起到了重要作用。從裂紋的走向判斷，內彎側必然受到沿軸向的拉應力作用。對于材料本身而言，管道彎制成型后內側表面受壓應力作用，且從兩端到中心逐漸增大，端部壓應力最小，在焊接時端部壓應力形成應力松弛，即消除部分或全部壓應力。管道輸送的氧氣產生85個大氣壓力，對彎管外表面施加拉應力，即使抵消材料自身內側的壓應力，最終內彎側也受到拉應力的作用，尤其端部受力顯著，而外彎側是拉應力疊加，產生更大的拉應力。

可以看出，腐蝕介質以及拉應力狀態、大小對裂紋形成影響較大，二者缺一不可。腐蝕越嚴重，拉應力越大，裂紋越明顯。裂紋起源于外表面，呈樹枝狀向內部延伸，裂紋的長和寬不成正比，且不連續，分叉較多，逐漸變細，符合應力腐蝕裂紋的特征。

金相分析結果表明，裂紋沿晶界從表面向內部延伸，裂紋起始部分兩側腐蝕嚴重，晶粒已被徹底腐蝕，是早期裂紋形成后腐蝕介質的持續作用造成的，而內部腐蝕相對較輕，個別晶粒被腐蝕，但沿晶裂紋較多。彎頭裂紋處的顯微組織為奧氏體，是正常的基體組織，晶粒比較均勻，但晶界有一定量的碳化物析出會弱化晶界的結合力。焊接區域包括熱影響區、熔合線處的顯微組織正常，未形成焊接缺陷，焊接質量良好。遠離裂紋區的試樣也出現腐蝕裂紋，裂紋從端部向中心逐漸減弱，說明中部受到拉應力的作用減弱。

掃描電鏡及能譜分析結果表明，斷口氧化區域為裂紋擴展部分，呈冰糖狀的沿晶微觀形貌與金相分析結果對應。最大只有2mm寬具有金屬光澤的斷面是裂紋未擴展區，但已伴有沿晶特征，如果裂紋繼續擴展，彎頭將徹底爆裂。斷口附著大量含有氧、鐵、氯、鈉、鉀等元素表明材料長期暴露受到雨水、鹽分腐蝕。奧氏體不銹鋼對氯離子的應力腐蝕很敏感，少量的氯離子就可能導致不銹鋼的應力腐蝕開裂。彎頭的化學成分都在合格范圍內，力學性能試驗結果良好，表明原材料依據驗收標準合格。

晶間腐蝕試驗結果分析表明，雖然304不銹鋼材料因缺少碳化物穩定化元素鉬、鈦、鈮等，使其抗晶間腐蝕的能力較弱，但對于工作環境設計要求不高的工件而言，如輸送低壓氣體、液體管道，發生晶間腐蝕開裂的風險很低。

結論及建議

該304不銹鋼彎頭內彎壁出現的裂紋為應力腐蝕形成的沿晶裂紋。彎頭暴露在空氣中并附著有長期因雨水、鹽分產生弱的腐蝕介質，再加上管道輸送的氧氣對管壁外表面作用產生的拉應力以及彎頭材料本身抗晶間腐蝕性差，最終彎頭發生開裂失效。建議在使用維護方面，對管道容易富集腐蝕介質的部位進行定期清理或者涂覆防腐蝕涂層，阻斷腐蝕介質對管道的作用，必要時減輕管道外壁所受的拉應力，如降低輸送氧氣的壓力；材料方面，降低不銹鋼材料的碳含量或加入不銹鋼穩定化元素鉬、鈦、鈮等，避免使用對應力腐蝕敏感的不銹鋼材料。