硫化物应力腐蚀破裂探讨

本文对炼化设备在湿硫化氢环境下发生氢脆应力腐蚀开裂若干问题进行了探讨,包括环境影响、材料选用、检测方法及焊接修复等.     

氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀中的作用

321不锈钢在pH=1的42％MgCl_2沸腾溶液中长时间浸泡后,有32ppm的氢能进入试样,并导致29％的塑性损失,但并不能产生滞后断裂。在1NH_2SO_4溶液和沸腾(146℃)LiCl溶液中动态充氢表明,如进入试样的氢量低于某个临界值,则不会产生氢致开裂.熔盐动态充氢表明,只要进入试样的氢量超过临界值并能连续供氢,则无论是321钢还是310钢,即使在160℃也能产生氢致开裂.在LiCl溶液中阳极极化,则促进应力腐蚀;阴极极化,当电流低于临界值时则能抑制应力腐蚀,如高于临界值则导致氢致开裂,321钢和310钢的动态充氢(室温或160℃)门槛值均高于应力腐蚀门槛值,断口形貌也不同。     

关于氢诱发破裂和氢应力破裂

本文初步探讨了氢诱发裂纹作为一种环境诱发缺陷在材料破坏过程中的作用。结果表明,作为一级近似,氢诱发裂纹可视为一组平行于轧制面的面缺陷,它对材料的常规强度指标影响不大,但使材料的脆断倾向增大。HIC和HSC是两类基本互不相关的破裂。对环境断裂具有决定意义的是材料的HSC敏感性。对兼具HSC和HIC敏感性的材料,环境断裂过程可用附图的模式表示。该模式图说明了中低强度结构钢环境断裂时所观察到的一系列试验事实。对由抗HSC性能良好的材料制作的设备或构件,一般地说,夹带诱发裂纹运行不失安全性。     

油井用低合金钢管硫化物应力腐蚀破裂实管试验

<正> 油井用低合金钢管的硫化氢应力腐蚀破裂是个迫切需要解决的问题.对硫化氢应力腐蚀破裂的主要因素进行了实管试验.试验用管材为N-80(C 0.32,Mn1.17,P 0.024,S 0.025,Cr 0.03,抗拉强度76.9kg/mm~2,屈服强度66.9kg/mm~2,HRC19.6)和C-90(C0.027,Mn0.45,P0.009,S0.004,Cr0.95,     

碱性硫化物环境中建筑用钢的应力腐蚀行为研究

通过模拟碱性硫化物土壤环境,研究了X70钢的应力腐蚀行为。结果表明,高应变速率下,剪切断裂组织的SCC敏感性较高,微观组织未出现二次裂纹,断裂机理以氢脆断裂为主;应变速率较低时,X70钢的断口出现以脆性解理为主的大腐蚀坑,断裂机理以阳极溶解断裂为主。     

En24钢在海水中的应力腐蚀

用恒位移弯曲试验,慢应变速率试验、动电位扫描和浸蚀试验研究了En24钢在海水中的应力腐蚀特性。结果表明,En24钢的环境敏感断裂倾向随强度降低而降低;强度低于临界值,则不出现应力腐蚀裂缝。外加电位对En24钢的环境敏感特性有重要影响,裂缝扩展平台速度于-900mV处出现极小值。依据裂缝扩展动力学、断口形貌、物理冶金参数和电化学等方面的判据,认为En24钢在海水中的应力腐蚀与电位密切相关。低于-900mV,属氢致开裂;高于-900mV,则由阳极溶解过程所制约;在一定电位范围内,不排除两种机理共同作用的可能性。     

钢在铝酸钠溶液中的应力腐蚀开裂

利用极化曲线、恒电位电流衰减测量以及慢应变速率拉伸试验等方法研究了低碳钢、16MnR和12CrlMoV低合金钢在铝酸钠溶液中的应力腐蚀规律。NaOH溶液中存在的AlO_2~-能抑制钢的阳极溶解;AlO_2~-对钢的应力腐蚀存在双重影响,即促进裂纹萌生,同时又对裂纹扩展起抑制作用。铝酸钢溶液中钢的抗应力腐蚀能力依次为12CrlMoV>16MnR>低碳钢。钢在热浓碱溶液中的应力腐蚀是存在碳化物活化途径和膜破裂机制联合作用的结果。     

钛合金应力腐蚀开裂过程中氢的作用

本文用金相显微镜和扫描电镜对 Ti-5Al-2.5Sn 合金在近中性3.5%NaCl 水溶液中 SCC 裂纹形核带的微观形貌进行了观察。通过金相显微镜、透射电镜、X 光衍射仪和离子探针等手段对 SCC断口的研究,证明了 SCC 裂纹尖端生成的氢确实进入了钛合金基体,并且裂纹前端最大三向应力区域形成了 fct 型和 bcc 型氢化物沉淀,导致了 SCC 的快速发展。在实验事实的基础上,对 SCC 过程中氢的来源、输运、氢起作用的位置,以及内氢的作用等问题进行了讨论。     

渗铝钢在防止管道应力腐蚀中的应用

０前言 哈尔滨气化厂高温粗煤气输送管原设计采用的是不锈钢管（１５ＣｒＭｏ和ＩＣｒｌ８ＮｉｇＴｉ），但使用不到一年就发生多处开裂渗漏，更换之后仍在很短时间出现类似问题。经过调查比较，该厂采用了华中理工大学学化工热能研究所研制的渗透铝钢这一表面合金化处理的材料，并合作进行了焊接等方面的研究，解决了制作和施工中的许多关键性的问题。新研制的管线从１９９５年１０月运行至今，已安全使用了５年多，特别是经受了黑龙江严冬的考验。故可以认为，渗铝钢这一材料在煤气变换工艺中的研究与应用，取得了成功。１不锈钢管道开裂…     

钢在H_2S中的应力腐蚀机构

用抛光的 WOL 型恒位移试样跟踪观察了各种低合金钢在 H_2S 中应力腐蚀裂纹产生和扩展的规律。结果表明,当钢的强度和 K_I 均大于临界值之后,在裂纹前端将会发生滞后塑性变形,即裂纹前端塑性区的大小及其变形量将随时间延长而逐渐增加,当这种滞后塑性变形发展到临界状态时就会导致应力腐蚀裂纹的产生和扩展。对超高强钢来说,当这个滞后塑性区闭合后应力腐蚀裂纹就在其端点形核,随着滞后塑性变形的发展,这些不连续的应力腐蚀裂纹逐渐长大并互相连接。对强度较低的钢,随滞后塑性变形的发展,应力腐蚀裂纹沿着滞后塑性区边界向前扩展。已经证明这个滞后塑性变形是由氢引起的,称作氢致滞后塑性变形。利用 WO 型试样测量了在 H_2S 气体以及 H_2S 饱和水溶液中的 K_(ISCC)和 da/dt,研究了它们随强度变化的规律,以及阴极极化和阳极极化对超高强钢 K_(ISCC)和 da/dt 的影响。     

碳酸盐硫化氢复杂环境中16MnR钢应力腐蚀敏感性研究

采用慢应变速率拉伸试验研究了16MnR钢在碳酸盐和硫化氢复杂环境中的应力腐蚀开裂敏感性.结果表明,在含碳酸盐和硫化氢的复杂介质环境中,16MnR钢的应力腐蚀敏感性指数低于25%;温度由常温升高至57.5℃时,16MnR钢母材与热影响区的应力腐蚀敏感性略有升高,碳酸盐和硫化氢浓度对16MnR钢在此复杂环境中的应力腐蚀敏感...     

管线钢抗氢致开裂腐蚀性能

采用NACE TM0284-2003中A和B两种溶液对低碳和超低碳管线钢进行了腐蚀试验,并对试验结果和影响氢致开裂(HIC)敏感性的因素进行了分析。结果表明,试验钢均具有良好的抗HIC性能,合理控制成分中的C、Mn、P、S等元素含量是保证抗腐蚀性能的关键;同时,钢中的夹杂物、偏析和带状组织均会使材料的HIC敏感性增大,而以铁素体为主的细晶组织和组织中的大量位错对提高抗HIC性能起到了重要作用。     

Electrochemical and Sulfide Stress Corrosion Cracking Behaviors of Tubing Steels in a H2S/CO2 Annular Environment

The electrochemical and sulfide stress corrosion cracking (SSCC) behaviors of 13Cr stainless steel and P110 steel were investigated in a simulated acidic annular environment with low-temperature and high-pressure H₂S/CO₂ using electrochemical methods, U-bend immersion tests, and scanning electron microscopy. In the solution containing high pressure CO₂, 13Cr, and P110 steels exhibited general corrosion and severe pitting, respectively. Compared with sweet corrosion, additional H₂S in the solution enhanced the corrosion of 13Cr steel but inhibited the corrosion of P110 steel. By contrast, in a solution containing 4 MPa CO₂ and different $ {P}_{{{\text{H}}_{ 2} {\text{S}}}}$ (0-0.3 MPa), the susceptibility of both 13Cr stainless steel and P110 steel toward SSCC was significantly promoted by increases in H₂S partial pressure. The 13Cr stainless steel exhibited higher susceptibility toward SSCC than P110 steel under a H₂S/CO₂ environment but lower susceptibility under a pure CO₂ environment.     

高强钢WOL试样应力腐蚀开裂的金相跟踪观察

高强钢WOL恒位移试样应力腐蚀的金相跟踪观察表明:高强钢的应力腐蚀在微裂纹出现之前,先在缺口前端出现滑移线,滑移线的出现是由于氢引起的,位错运动形成滑移台阶.氢促进局部塑性变形,当局部塑性变形发展到临界状态时,缺口前端就出现微裂纹.     

低合金钢在水介质中的应力腐蚀机构

用抛光的恒位移试样跟踪观察了具有广泛拉伸强度范围的四种低合金钢在各种水溶液中(高纯水、阳极极化和阴极极化下的水溶液,0.1NK_2Cr_2O_7水溶液)以及含痕量水的有机溶剂中(无水酒精,丙酮等)应力腐蚀裂纹产生和扩展的动态过程。结果表明,当钢的强度和K_1大于临界值后,在所用的各种水溶液中都能产生氢致滞后塑性变形,即加载裂纹前端的塑性区及其变形量随时间而逐渐增大。当这个氢致滞后塑性变形发展到临界状态时,就会导致应力腐蚀裂纹的形核和扩展。无论是阳极极化、阴极极化还是加缓蚀剂均不改变这类滞后塑性变形的特征,也不改变滞后塑性变形和应力腐蚀裂纹的相互关系。     

应力应变条件对氢致开裂的影响

综述了本研究组近年就应力状态及动态加载过程对氢致开裂的影响所作的一些研究。包括（１）Ⅰ型、（Ⅰ＋Ⅱ）及（Ⅰ＋Ⅲ）复合型加载条件下的氢致开裂研究；（２）复合型加载条件下裂纹顶端附近氢浓度的再分布；（３）不同加载条件下氢致裂纹形成位置及其与氢致开裂抗力的关系。     

夹杂物对套管抗硫化氢应力腐蚀性能的影响

对套管硫化氢应力腐蚀A法试验的早期断裂试样进行了分析.结果表明：B类条形氧化铝类夹杂物可引起硫化氢应力腐蚀A法试验早期断裂失效;表面及内部B类夹杂物形成的鱼眼型白点,均可成为裂纹源;D类球形氧化物夹杂作为裂纹源可引起硫化氢应力腐蚀A法试验断裂失效;改进炼钢工艺,采取各种措施减少夹杂物数量是提高抗硫套管硫化氢应力腐蚀A法试验通过率的重要途径之一.     

H2 S-CO2环境下低铬钢的硫化物应力腐蚀开裂行为

目的评价90SS和90SS-3Cr油管钢在H_2S-CO_2环境下的硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)行为,并分析其断裂机理。方法利用四点弯曲实验和慢应变速率拉伸实验,结合显微组织分析、扫描电子显微镜分析技术,研究90SS和90SS-3Cr两种钢材在H_2S-CO_2环境下的应力腐蚀开裂行为和断口形貌特征。结果 90SS-3Cr钢的显微组织中存在更多的非金属夹杂物。经过720 h四点弯曲实验后,90SS和90SS-3Cr试样表面均未出现宏观及微观裂纹,表现出良好的抗硫化物应力腐蚀开裂能力。在慢应变速率拉伸实验中,当H_2S浓度由0增加至6 mol/L时,90SS-3Cr试样的断后伸长率δ、断面收缩率φ及断裂时间t分别下降了71.6%,69.6%,61.4%,远高于90SS钢的塑性损失(分别下降2.9%,52.5%,10.3%)。断口形貌分析表明,90SS-3Cr钢在较低浓度H_2S时就由塑性断裂向脆性断裂转变。结论随着H_2S浓度的升高,90SS和90SS-3Cr钢的塑性损失增加,抗SSCC能力均下降。相比90SS钢,90SS-3Cr钢对应力腐蚀开裂更为敏感。     

Sulfide Stress Cracking and Electrochemical Corrosion of Precipitation Hardening Steel After Plasma Oxy-Nitriding

In this paper, we present the results of a duplex plasma nitriding followed by an oxidizing stage process (which is also referred as oxy-nitriding) on the corrosion behavior of a 17-4PH precipitation hardening stainless steel. The formation of both, expanded martensite (b.c.t. α′_N-phase) and chromium oxide (type Cr₂O₃) in the subsurface of oxy-nitrided samples at specific controlled conditions, leads in a noticeable increasing in the time-to-rupture during the sulfide stress cracking test, in comparison with an untreated reference sample. Oxy-nitriding improves the corrosion performance of the alloy when it is immersed in solutions saturated by sour gas, which extends the application potential of this type of steel in the oil and gas extraction and processing industry. The presence of the oxy-nitrided layer inhibits the corrosion process that occurs in the near-surface region, where hydrogen is liberated after the formation of iron sulfides, which finally produces a fragile fracture by micro-crack propagation; the obtained results suggest that oxy-nitriding slows this process, thus delaying the rupture of the specimen. Moreover, oxy-nitriding produces a hard, sour gas-resistant surface, but do not significantly affect the original chloride ion solution resistance of the material.