应力腐蚀开裂系金属在应力和腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式。在静拉应力作用下的腐蚀破坏，一般称为应力腐蚀；而在交变应力作用下的腐蚀破坏则称为腐蚀疲劳。即使是塑性材料，应力腐蚀开裂也是脆性形式的开裂。

应力腐蚀是一种局部腐蚀，形成的裂纹常被腐蚀介质覆盖，不易被发现，具有突发性。零件在应力和腐蚀介质作用下，表面氧化膜被腐蚀而受到破坏，破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极，阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极的面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，会进一步腐蚀已破坏的表面，加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直至断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒。

某公司使用的304不锈钢弯头在使用5a(年)后弯头内弯侧表面出现裂纹。管道设计压力为9.48MPa，工作温度为60℃，实际操作压力为8.5MPa，输送介质为氧气，使用环境为室外。为找出该304不锈钢弯头内侧裂纹产生的原因，笔者对其进行了一系列检验与分析，并提出了相应的改进措施。

理化检验

分析与讨论

宏观分析结果表明，沿弯头周向形成的裂纹位于端部且靠近焊接区域，裂纹没有在弯头的整个圆周上形成，只存在于残留腐蚀产物的内弯侧，而表面光滑的外弯侧未形成周向裂纹，可见腐蚀产物对裂纹的形成起到了重要作用。从裂纹的走向判断，内弯侧必然受到沿轴向的拉应力作用。对于材料本身而言，管道弯制成型后内侧表面受压应力作用，且从两端到中心逐渐增大，端部压应力最小，在焊接时端部压应力形成应力松弛，即消除部分或全部压应力。管道输送的氧气产生85个大气压力，对弯管外表面施加拉应力，即使抵消材料自身内侧的压应力，最终内弯侧也受到拉应力的作用，尤其端部受力显著，而外弯侧是拉应力叠加，产生更大的拉应力。

可以看出，腐蚀介质以及拉应力状态、大小对裂纹形成影响较大，二者缺一不可。腐蚀越严重，拉应力越大，裂纹越明显。裂纹起源于外表面，呈树枝状向内部延伸，裂纹的长和宽不成正比，且不连续，分叉较多，逐渐变细，符合应力腐蚀裂纹的特征。

金相分析结果表明，裂纹沿晶界从表面向内部延伸，裂纹起始部分两侧腐蚀严重，晶粒已被彻底腐蚀，是早期裂纹形成后腐蚀介质的持续作用造成的，而内部腐蚀相对较轻，个别晶粒被腐蚀，但沿晶裂纹较多。弯头裂纹处的显微组织为奥氏体，是正常的基体组织，晶粒比较均匀，但晶界有一定量的碳化物析出会弱化晶界的结合力。焊接区域包括热影响区、熔合线处的显微组织正常，未形成焊接缺陷，焊接质量良好。远离裂纹区的试样也出现腐蚀裂纹，裂纹从端部向中心逐渐减弱，说明中部受到拉应力的作用减弱。

扫描电镜及能谱分析结果表明，断口氧化区域为裂纹扩展部分，呈冰糖状的沿晶微观形貌与金相分析结果对应。最大只有2mm宽具有金属光泽的断面是裂纹未扩展区，但已伴有沿晶特征，如果裂纹继续扩展，弯头将彻底爆裂。断口附着大量含有氧、铁、氯、钠、钾等元素表明材料长期暴露受到雨水、盐分腐蚀。奥氏体不锈钢对氯离子的应力腐蚀很敏感，少量的氯离子就可能导致不锈钢的应力腐蚀开裂。弯头的化学成分都在合格范围内，力学性能试验结果良好，表明原材料依据验收标准合格。

晶间腐蚀试验结果分析表明，虽然304不锈钢材料因缺少碳化物稳定化元素钼、钛、铌等，使其抗晶间腐蚀的能力较弱，但对于工作环境设计要求不高的工件而言，如输送低压气体、液体管道，发生晶间腐蚀开裂的风险很低。

结论及建议

该304不锈钢弯头内弯壁出现的裂纹为应力腐蚀形成的沿晶裂纹。弯头暴露在空气中并附着有长期因雨水、盐分产生弱的腐蚀介质，再加上管道输送的氧气对管壁外表面作用产生的拉应力以及弯头材料本身抗晶间腐蚀性差，最终弯头发生开裂失效。建议在使用维护方面，对管道容易富集腐蚀介质的部位进行定期清理或者涂覆防腐蚀涂层，阻断腐蚀介质对管道的作用，必要时减轻管道外壁所受的拉应力，如降低输送氧气的压力；材料方面，降低不锈钢材料的碳含量或加入不锈钢稳定化元素钼、钛、铌等，避免使用对应力腐蚀敏感的不锈钢材料。