正航儀器硫化物應(yīng)力腐蝕特點(diǎn)以及影響因素

在濕潤(rùn)硫化氣環(huán)境中的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂較早是油井用鋼管的SSCC，時(shí)間可追 述到1925年美國(guó)的石油和天然氣開(kāi)采。之后在日本也發(fā)現(xiàn)了液化石油氣r：纏的硫化物 應(yīng)力腐蝕幵裂問(wèn)題。隨著硫化物應(yīng)力腐燭問(wèn)題在石油的開(kāi)采、煉制、fc存過(guò)程中不斷暴 露，對(duì)硫化物應(yīng)力腐燭幵裂的研究也不斷深入。并且關(guān)于進(jìn)行SSCC的實(shí)驗(yàn)方法也形成 了一套成型的標(biāo)準(zhǔn)，由美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE)所制定。而針對(duì)實(shí)際情況，如何 把實(shí)驗(yàn)室所得的結(jié)論較好的應(yīng)用于實(shí)際石油煉廠的腐燭防護(hù)依然是一個(gè)比較困難的問(wèn) 題。

1.硫化物應(yīng)力腐油特點(diǎn)

在天然氣、石油鉆采種出現(xiàn)油氣管、套管、闊門(mén)等硫化物應(yīng)力腐蝕破裂（SSCC) 發(fā)現(xiàn)SSCC具有許多特點(diǎn)【《】：

(1)在比預(yù)想低得多的載荷下斷裂；

(2)SSCC的發(fā)生一般很難預(yù)測(cè)，事故往往是突發(fā)性的；

(3)—般材料經(jīng)過(guò)短暫暴露后就出現(xiàn)破壞，以一星期到三個(gè)月的情況維多。但也 有例外,例如合金鋼制的氣體鋼瓶發(fā)生SSCC所經(jīng)歷的時(shí)間從開(kāi)始充氣后的24小時(shí)至5 年；

(4)材料呈脆斷狀態(tài)，斷口平整；

(5〉破裂源通常位于薄弱部位，這些部位包括應(yīng)力集中點(diǎn)、機(jī)械傷痕（如刻痕、 打標(biāo)記處、痕、打硬度痕跡等）、蝕孔、蝕坑、偉接熱影響區(qū)、煌縫缺陷、冷加工、 萍硬組織等；

(4)碳鋼和低合金鋼斷口上明顯地覆蓋著硫化物腐蝕產(chǎn)物，而不銹鋼表面及斷口 往往無(wú)明顯腐蝕痕跡，腐蝕產(chǎn)物極少；

(4)對(duì)材料的強(qiáng)度與硬度依賴(lài)性很強(qiáng)，高強(qiáng)度、高硬度的材料對(duì)SSCC十分敏感；

(4)裂紋粗，無(wú)分枝或少分枝，多為穿晶型，也有晶間型或混合型；

(4)未回火馬氏體組織對(duì)SSCC特別敏感。

1.5.2硫化物應(yīng)力腐燭破裂的影響因素

SSCC受Its濃度、溶液pH值、溫度等環(huán)境影響，同一材料由于所處環(huán)境不同， SSCC傾向也不同；另外鋼的化學(xué)成分、顯微組織、強(qiáng)度以及硬度等材料因素在SSCC 中也有重要影響丨541。

(4)H2S濃度的影響

氛的滲透通量隨著介質(zhì)中H2S分壓增大而增大，所以一般情況下，SSCC的敏感性 隨水相中的H2S濃度的增加而增加，并在飽和的H2S溶液中達(dá)到值。目前，還不清 楚是否存在產(chǎn)生SSCC的H2S濃度下限值，在Clppm的濃度下也產(chǎn)生SSCC,只不過(guò)所 需的時(shí)間很長(zhǎng)而己。

(4)pH值的影響

依據(jù)濕硫化氧應(yīng)力腐燭開(kāi)裂的機(jī)理，可以預(yù)期，隨著PH值的降低，IT濃度增加， 應(yīng)力腐蝕斷裂的敏感性增加。在室溫下飽和H2S水溶液中的30CrMo、lCrl8Ni9Ti和阿 姆克鐵，在pH低時(shí)迅速破裂，PH4.2時(shí)最嚴(yán)重，pH值為5-6時(shí)不易破裂，pHW時(shí)完全 不破裂。在研究排水的pH對(duì)鋼腐燭及滲氧影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有H2S存在時(shí)，在所研究的 pH范圍（1.5-11.5)內(nèi)都有氣滲入鋼中，以pH值=4時(shí)為。

(4)溫度的影響

鋼在HzS環(huán)境中的穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系是復(fù)雜的，有時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)規(guī)律相反。在飽 和H2S-H2O系統(tǒng)中的65r鋼，溫度從室溫提高到60-7(rC時(shí)，對(duì)SSCC敏感性增加，溫 度高于7(rc,這種敏感性又減弱。P-110級(jí)材料在115%屈服強(qiáng)度下含5%NaCl的HzS 溶液中溫度從24癈升高到66-C時(shí)破裂敏感性明顯減少，而相應(yīng)于破壞的硬度從 24'C的HRC15增加到93'C的HRC=35。一般碳鋼和低合金鋼在20-4(rC溫度范圍內(nèi)對(duì) SSCC敏感性，溫度對(duì)奧氏體不誘鋼的影響卻相反，根據(jù)研究得出的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)事 故調(diào)查結(jié)果，奧氏體不繡鋼的SSCC大多發(fā)生在高溫環(huán)境。

(4)溶液中其他成分的影響

關(guān)于溶液中cr存在對(duì)幵裂的影響問(wèn)題尚不清楚，有的報(bào)道說(shuō)起加速作用，也有的 認(rèn)為完全沒(méi)有影響。關(guān)于C02共存的作用，有的認(rèn)為是降低開(kāi)裂臨界應(yīng)力值，但其作用 尚不很清楚。

(4)材料因素對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕破裂的影響

①鋼的化學(xué)成分的影響：通過(guò)對(duì)鋼的化學(xué)成分與SSCC之間關(guān)系研究，一般認(rèn)為 A1、Ti、V、B、Cu等元素能提髙鋼的抗SSCC性能。Ni、S、P、Mn、N、H等對(duì)于低 合金鋼抗SSCC性能不利。對(duì)C、Cr、Mo、Si等元素的作用看法不一。

②熱處理和顯微組織的影響：髙溫萍火處理后的得到的未回火馬氏體組織抗SSCC 性能呢個(gè)最差；高溫萍火+回火得到的馬氏體組織具有很好的抗SSCC性能（含髙S、P 或髙Cr鋼除外）；高溫下奧氏體化后緩慢冷卻正火+回火或等溫處理時(shí)出現(xiàn)的粗大的球 狀或薄片狀談話(huà)無(wú)組織的抗SSCC性能介乎上兩者之間。

③材料硬度影響：硬度對(duì)SSCC有很大影響的研究數(shù)據(jù)，許多來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)破壞事故。 硬度值越高，發(fā)生SSCC所需的臨界應(yīng)力值越低，破壞所需的時(shí)間越短。分析統(tǒng)計(jì)破壞 事故和實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，得出材料不發(fā)生SSCC的最髙硬度值在HRC20-27之間。而煤縫 破話(huà)一般發(fā)生在硬度大于HB200的部位。

2.課題研究的內(nèi)容

2007年6月起,本人參與所在課題組與某煉廠合作進(jìn)行的大型石油煉制設(shè)備的腐蝕 診斷。主要針對(duì)該煉廠的設(shè)備以及管線的腐燭案例進(jìn)行診斷，近兩年時(shí)間累積腐燭案例 30多起。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)約有1/4的案例為應(yīng)力腐燭開(kāi)裂所引起，并且所有開(kāi)裂案例80%都發(fā) 生在燥縫部位。

而在石油煉廠中，存在著一系列管線被稱(chēng)為酸性水線，這些管線材質(zhì)均為20#鋼； 內(nèi)部介質(zhì)均含有H2S;工作溫度比較低，介質(zhì)為液態(tài)；輝縫部位對(duì)腐燭敏感。隨著煉廠 所煉制的原油含硫量提髙，該廠的酸性水含硫量也隨之提高，則這些酸性水線以及酸性 水儲(chǔ)罐的硫化物應(yīng)力腐燭開(kāi)裂（SSCC)的敏感性增加。本文主要針對(duì)20#鋼管以及其焊 縫部位的硫化物應(yīng)力腐燭幵裂敏感性進(jìn)行以下研究。

(4)20#鋼管以及其燥縫部位的硫化物應(yīng)力腐蝕幵裂敏感性進(jìn)行研究。

主要通過(guò)C形環(huán)法加載試驗(yàn)對(duì)煌縫試樣以及無(wú)煤縫試樣的SSCC敏感性研究對(duì)比， 并通過(guò)對(duì)母材與煤縫的顯微組織以及硬度來(lái)討論試樣的SSCC敏感性。

(4)研究飽和H2S濃度下，環(huán)境因素對(duì)煌縫試樣的SSCC的影響。

通過(guò)C形環(huán)法加載試驗(yàn)對(duì)揮縫試樣在不同溫度、pH值以及cr濃度SSCC開(kāi)裂敏感 性的研究。借以幫助石油煉廠針對(duì)SSCC的防護(hù)，對(duì)介質(zhì)pH值、cr含量等的工藝調(diào)節(jié) 制定初步方案。