双相不锈钢应力腐蚀行为及防护技术研究进展

双相不锈钢含有铁素体+奥氏体两相组织,具有良好的机械和腐蚀性能,尤其以出色的抗应力腐蚀开裂性能而著称。但双相不锈钢在特定的环境和拉应力共同作用下,会出现应力腐蚀开裂现象,由于应力腐蚀开裂通常难以被发现,从而导致灾难性的事故。在此基础上,从材质的成分和金相组织,温度、pH、氯离子和氧气浓度等工况环境,冷变形和残余应力等方面总结了影响双相不锈钢应力腐蚀开裂的因素。结合双相不锈钢的使用环境和应力特点,阐述了双相不锈钢的应力腐蚀开裂机理,包括电化学阳极溶解理论、氢脆机制、膜破裂理论、化学脆化一机械破裂两阶段理论、应力吸附破裂理论。依据应力腐蚀开裂机理,结合影响因素,通过合理添加合金元素开发出新的双相不锈钢、双相不锈钢等离子碳氮共渗或表面涂层、热处理工艺等方法,有效地降低双相不锈钢应力腐蚀开裂的敏感性。最后,从双相不锈钢应力腐蚀开裂机理和防护技术两方面展望了双相不锈钢应力腐蚀开裂未来的研究方向,从本质上减少应力腐蚀开裂事故的发生,保障生产的“安稳长满优”。     

低H2S、高CO2分压条件下双相不锈钢应力腐蚀敏感性研究

目的针对IS15156标准中对双相不锈钢使用条件的限制,研究双相不锈钢2205在不同温度、不同低H_2S分压条件下的开裂敏感性。方法通过模拟我国西部酸性油田低H_2S、高CO_2工况环境,利用高温高压设备,进行了三点弯曲试验,结合失重法测试腐蚀速率,并使用SEM和EDS进行微观形貌观察和腐蚀产物分析。结果双相不锈钢2205的腐蚀速率较低,未超过0.014 mm/a,且硫化氢分压对腐蚀的影响较小,但发现了由氧化铝等夹杂导致的点蚀。双相不锈钢2205在低硫化氢分压的中温(100℃)区发生应力腐蚀开裂,同时发生了选择性腐蚀,铁素体相优先于奥氏体相腐蚀,其他温度条件下仅发现点蚀。硫化氢分压升高时,开裂敏感性有一定程度的降低。结论双相不锈钢2205在低硫化氢分压条件下的开裂类型为氢脆型应力腐蚀开裂。氧化物夹杂诱发点蚀,氢在应力集中区域聚集,发生氢脆。当硫化氢分压从6 k Pa增加到165 k Pa时,局部腐蚀敏感性的增加使氢脆得到缓解,开裂敏感性降低。双相不锈钢2205无法在低硫化氢的中温井口环境中使用,标准中以H_2S分压作为使用限制并不十分完善。     

铁路货车2205双相不锈钢的焊接

在某公司运盐敞车的设计制造中,为防止氯化物对车体的腐蚀,车体与盐接触部分采用了双相不锈2205.2205双相不锈钢由于其良好的抗点蚀及应力腐蚀性能,以及较好的力学性能及焊接性能,目前在石油天然气开发、油气储运、炼油化工和海洋工程等领域应用较多.为此,文中对2205双相不锈钢的焊接工艺进行了试验研究.     

饱和H_2S环境下慢应变速率对2205双相不锈钢应力腐蚀性能的影响

为了提高2205双相不锈钢在高含H_2S油气田场中的应用,研究了在饱和H_2S环境下不同应变速率对2205双相不锈钢应力腐蚀行为的影响。结果表明:在最敏感的应变速率10~(-5)~10~(-7)s~(-1)范围内,2205双相不锈钢在10~(-5)s~(-1)应变速率下应力腐蚀敏感性系数小于25%,说明材料处于安全区,没有发生应力腐蚀;在10~(-6)~10~(-7)s~(-1)应变速率范围内,应力腐蚀敏感性系数大于25%,说明材料处于危险区,有发生应力腐蚀的可能性。经SEM对慢应变速率拉伸断口形貌分析看出,即使在10~(-6)~10~(-7)s~(-1)危险区域,材料表现为脆性和韧性断裂的混合开裂方式,说明2205双相不锈钢在饱和H_2S环境下有较好的抗应力腐蚀性能。     

2205双相不锈钢硫化物应力腐蚀机理研究

由于双相不锈钢中铁素体相和奥氏体相的合金元素含量不同,导致两相的耐点蚀当量PREN不同,耐腐蚀性能存在一定的差异,易于产生局部腐蚀。研究2205双相不锈钢油套管用无缝钢管硫化物应力腐蚀机理。研究结果表明:常温时,在硫化氢和拉伸应力的共同作用下,2205双相不锈钢失效原因是奥氏体点蚀;90℃硫化氢应力腐蚀试验后,2205双相不锈钢同时发生了奥氏体点蚀和铁素体选择性腐蚀。     

22Cr双相不锈钢与304L、316L钢在氯化物溶液中耐应力腐蚀性能的比较

采用恒载荷法、恒应变法研究了22Cr双相不锈钢在不同Cl-浓度、不同温度的氯化物渗液中耐应力腐蚀的性能,并与316L和304L普通奥氏体不锈钢进行了对比.结果表明,22Cr双相不锈钢在氯化物环境中具有更好的应力腐蚀破裂(SCC)抗力.     

应变速率和环境介质对2205双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响

通过慢应变速率试验,研究了应变速率对2205双相不锈钢在3种环境介质中应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。结果表明：当应变速率为1.5×10^-5 s^-1时,2205双相不锈钢在蒸馏水和在海水溶液中未发生SCC,其在含Cl^-海水混合溶液中的拉伸断口呈典型的SCC形貌特征;在含Cl^-海水混合溶液中,当应变速率大于2×10^-5 s^-1时,2205双相不锈钢的应力腐蚀敏感性系数小于25%,处于安全区,当应变速率为1×10^-5～2×10^-5 s^-1,其应力腐蚀敏感性系数处于危险区,2205双相不锈钢可能会发生SCC,当应变速率减小至1×10^-5 s^-1时,其应力腐蚀敏感性系数为25%～35%,处于危险区和脆断区,2205双相不锈钢会发生SCC。     

2205双相不锈钢在酸性H_2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理

采用C型环实验研究了2205双相不锈钢在饱和H_2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理。结果表明,2205双相不锈钢在NACE标准A溶液中具有良好的抗应力腐蚀能力。通过OM、SEM、EDS及电化学手段分析得出2205双相不锈钢的应力腐蚀开裂经历了表面点蚀、蚀坑形成、H_2S解离、H原子吸附并从蚀坑位置扩散进入金属基体,在金属基体中聚集,通过氢致开裂机制导致裂纹萌生,并逐渐扩展。     

双相不锈钢及其焊接接头腐蚀研究进展

双相不锈钢耐点蚀、耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀性能优良,是优良的海洋用金属材料,但其焊接接头常成为薄弱区而发生腐蚀问题.从材料因素综述了双相不锈钢腐蚀研究的进展.首先,总结了合金元素和热处理对双相不锈钢耐腐蚀性能的影响.合金元素分配及其引起的二次相析出及产生的元素贫化区、铁素体/奥氏体相比例的变化决定双相不锈钢的耐腐蚀...     

双相不锈钢堆焊层应力腐蚀性能评价

为防止换热器等设备发生应力腐蚀,工程上试采用在与腐蚀介质接触的表面堆焊2205双相不锈钢.为探索方案的应用范畴与可行性,对两种焊接工艺(自动焊及焊条电弧焊)、3种工程上常见腐蚀环境(饱和硫化氢、氯化镁、氯化钙),通过恒负荷拉伸试验方法及断口微观分析手段,综合评价其应力腐蚀性能,并根据试验结果建立应力-寿命数学模型.结果表明,饱和H2S环境中恒负荷拉伸门槛值σth自动焊为0.45ReL、焊条电弧焊为0.4ReL,二者相差17％.氯化钙环境中0.9ReL应力下96 h试验后所有试样完好,显示出优良的抗氯化钙应力腐蚀能力.而该材料则不适于在沸腾氯化镁环境下工作.     

Electrochemical behaviour of duplex stainless steels in caustic environment

Recent studies have shown that duplex stainless steels can be susceptible to general corrosion and stress corrosion cracking in high pH caustic environments. This difference in the corrosion resistance can be attributed to changes in the electrochemical behaviour of steels. The present study has shown that the corrosion rates of duplex stainless steels increase with an increase in temperature and sulphide addition to caustic environments. Moreover, alloying Fe with Cr and Ni helps to raise the corrosion potential and lower critical current density of DSS in an alkaline environment whereas Mo can be detrimental to the corrosion resistance of the steel.     

不同热处理态的304和321奥氏体不锈钢在氯化铵环境中的应力腐蚀行为对比研究

目的 对比研究原始、固溶和敏化态的304和321奥氏体不锈钢在模拟加氢催化氯化铵环境中的应力腐蚀（SCC）行为及机理。方法 将304和321奥氏体不锈钢经过热处理制备成固溶和敏化态试样,采用U形弯试样在模拟加氢催化氯化铵环境中浸泡的应力腐蚀试验方法对其进行研究,通过观察U形弯弧顶的腐蚀形貌和开裂时间,并结合腐蚀及裂纹的SEM照片和电化学测试结果进行分析。结果 原始和固溶状态304不锈钢U形弯试样在氯化铵溶液环境中开裂时间为25 d左右,断口形貌分别为穿晶断口和沿晶断口;敏化态试样18 d后发生开裂,断口形貌为穿晶和沿晶的混合断口。原始和固溶态321不锈钢U形弯试样在该环境中经过39 d均无应力腐蚀裂纹;敏化试样经30 d后产生宏观开裂。电化学测试结果显示,不同热处理态的304不锈钢在氯化铵溶液中均具有明显的点蚀敏感性,321不锈钢在该环境中耐点蚀和应力腐蚀的能力优于304不锈钢。结论 不同状态的304不锈钢在高温氯化铵环境中具有较强的应力腐蚀倾向,特别是敏化态试样;321不锈钢在该环境中的应力腐蚀敏感性相对较小,但敏化处理显著增加了其沿晶应力腐蚀倾向,而固溶态试样具有明显的沿晶腐蚀特征。     

316L不锈钢短接过早腐蚀开裂的机制与预防

分析了盐化工环境中316L不锈钢短接腐蚀裂纹的宏观特征、微观形貌及显微组织,研究了卤水介质参数及短接制造工艺对316L不锈钢腐蚀的影响。结果表明:短接过早失效的机制是点蚀和应力腐蚀开裂;短接点蚀主要由卤水高温以及高Cl-含量引起,焊接残余应力及卷曲加工应力的共同作用促进了短接的应力腐蚀开裂;用铸造成形代替焊接成形,并适当增加316L不锈钢的钼含量,有利于延长短接的使用寿命。     

双相不锈钢耐应力腐蚀破裂机理的电化学研究

研究了以奥氏体为基体的和以铁素体为基体的两类双相不锈钢中第二相对应力腐蚀裂纹发展的影响,并采用选择性屏蔽某一相、测定另一相极化曲线等电化学方法探讨了这种影响的作用机理。结果表明:对应于耐应力腐蚀破裂的情况,两类双相钢中的第二相都表现出了对应力腐蚀裂纹发展的阻碍作用;同时,在电化学行为方面都起着阴极作用。因此,作者认为,第二相不易发生阳极溶解是其阻碍应力腐蚀裂纹发展,提高双相不锈钢耐应力腐蚀性能的重要原因。     

2205双相不锈钢在酸性H2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理研究

_{摘要:采用C型环实验研究了2205双相不锈钢在饱和H2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理。研究结果表明,2205双相不锈钢在NACE标准A溶液中有良好的抗应力腐蚀能力。通过OM}、_{SEM、EDS及电化学手段分析得出2205双相不锈钢的应力腐蚀开裂经历了表面点蚀,蚀坑形成,H2S解离,H原子吸附并从蚀坑位置扩散进入金属基体,在金属基体中聚集,通过氢致开裂机制导致裂纹萌生,并逐渐扩展。}     

不锈钢应力腐蚀开裂综述

应力腐蚀开裂一直以来是不锈钢领域的重要研究课题,也是许多行业亟需解决的工程问题。应力腐蚀开裂是材料、环境和应力三者相互作用的结果,由于其复杂性,目前人们对不锈钢发生应力腐蚀开裂的机理尚存在许多不同的见解,但是经过近一个世纪的研究,从材料选择、环境控制等方面入手,预防不锈钢发生应力腐蚀是能够达到的。综述了应力腐蚀开裂的特征、机理和三个影响因素(应力、材料和环境)。对应力腐蚀的阳极溶解机理和氢致开裂机理进行了概述,阐述并探讨了不锈钢应力腐蚀开裂的滑移溶解机理、氧化膜开裂机理以及氢致开裂机理。归纳了组织结构对不锈钢应力腐蚀的影响,分析了材料成分如(Ni、Mo和N)的添加与应力腐蚀敏感性的关系,总结了环境因素在应力腐蚀中的作用,对特定介质中不锈钢的应力腐蚀规律进行了归纳,并探讨了温度变化对不锈钢应力腐蚀的影响。介绍了近年来关于控制不锈钢应力腐蚀开裂方法的研究进展,如晶界工程、细化晶粒以及涂层等。最后展望了不锈钢应力腐蚀开裂未来的研究方向。     

不同焊接工艺对双相不锈钢力学性能及耐腐蚀性能的影响

采用三种不同的焊接工艺对双相不锈钢S31803进行焊接试验,通过对接头微观组织、力学性能、氧含量及耐腐蚀性能的观察与测试,确定最佳焊接工艺参数,并分析了焊接工艺方法对焊接接头组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:与GTAW,SMAW相比,GTAW+SAW焊接工艺获得的接头的冲击吸收能量和耐腐蚀性能均可以满足双相不锈钢的制造标准要求,可以在压力容器制造中广泛使用。     

不同应力条件下不锈钢局部腐蚀行为的研究进展

不锈钢因具有良好的耐腐蚀性能而倍受重视,在众多工业领域内被广泛使用,但在实际应用中,由于受到腐蚀环境和应力的共同作用,不可避免地会产生点蚀或裂纹,导致服役性能下降,甚至引发各类安全事故.所以,应力条件下不锈钢的腐蚀行为一直是不锈钢材料腐蚀领域的重要研究课题.总结了部分代表性的不锈钢材料在应力作用下局部腐蚀行为的研究进展,主要总结与讨论了弹性应力、塑性应力以及残余应力对不锈钢点蚀及腐蚀开裂行为的影响规律.弹性应力如何影响不锈钢点蚀与腐蚀开裂还不是特别清楚,一般认为弹性拉应力会促进点蚀的萌生,使点蚀坑内产生应力集中,促进腐蚀扩展,但也发现了较小弹性拉应力会抑制点蚀的情况,而且机理也尚不明确,并且弹性压应力到底是促进还是抑制点蚀萌生也尚未达成一致.塑性应力对不锈钢局部腐蚀的影响机理已经比较明确,塑性应力会导致位错的产生,从而促进点蚀和裂纹的生长.残余拉应力会促进不锈钢点蚀和裂纹的生长,但残余压应力却能够有效抑制不锈钢点蚀和裂纹的生长.因此,在较低至中等弹性应力下的不锈钢局部腐蚀行为及其影响机理应该加强研究,而对于塑性应力与残余应力,则应该进一步深入探讨其作用下不锈钢局部腐蚀行为的各阶段特征和断裂临期特征,以期精确进行腐蚀断裂风险的评估和解决寿命评估的难题.     

三种不锈钢在含硫酸的水砂介质中的耐腐蚀磨损性能

利用自行设计的腐蚀磨损试验装置研究了三种不锈钢在不同固液比、硫酸浓度和线速度的条件下的耐腐蚀磨损性能；结果表明，在低硫酸浓度、高固液比和高线速度的条件下，沉淀硬化马氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀磨损性能：而在腐蚀性较强、线速度较大的条件下，双相不锈钢的耐腐蚀磨损性能优于沉淀硬化马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢；第二相强化奥氏体不锈钢在腐蚀性较强、耐磨性较弱的环境中耐腐蚀磨损性能较好。