正航儀器硫化物應力腐蝕特點以及影響因素

在濕潤硫化氣環境中的硫化物應力腐蝕開裂較早是油井用鋼管的SSCC，時間可追 述到1925年美國的石油和天然氣開采。之后在日本也發現了液化石油氣r：纏的硫化物 應力腐蝕幵裂問題。隨著硫化物應力腐燭問題在石油的開采、煉制、fc存過程中不斷暴 露，對硫化物應力腐燭幵裂的研究也不斷深入。并且關于進行SSCC的實驗方法也形成 了一套成型的標準，由美國腐蝕工程師協會（NACE)所制定。而針對實際情況，如何 把實驗室所得的結論較好的應用于實際石油煉廠的腐燭防護依然是一個比較困難的問 題。

1.硫化物應力腐油特點

在天然氣、石油鉆采種出現油氣管、套管、闊門等硫化物應力腐蝕破裂（SSCC) 發現SSCC具有許多特點【《】：

(1)在比預想低得多的載荷下斷裂；

(2)SSCC的發生一般很難預測，事故往往是突發性的；

(3)—般材料經過短暫暴露后就出現破壞，以一星期到三個月的情況維多。但也 有例外,例如合金鋼制的氣體鋼瓶發生SSCC所經歷的時間從開始充氣后的24小時至5 年；

(4)材料呈脆斷狀態，斷口平整；

(5〉破裂源通常位于薄弱部位，這些部位包括應力集中點、機械傷痕（如刻痕、 打標記處、痕、打硬度痕跡等）、蝕孔、蝕坑、偉接熱影響區、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物，而不銹鋼表面及斷口 往往無明顯腐蝕痕跡，腐蝕產物極少；

(4)對材料的強度與硬度依賴性很強，高強度、高硬度的材料對SSCC十分敏感；

(4)裂紋粗，無分枝或少分枝，多為穿晶型，也有晶間型或混合型；

(4)未回火馬氏體組織對SSCC特別敏感。

1.5.2硫化物應力腐燭破裂的影響因素

SSCC受Its濃度、溶液pH值、溫度等環境影響，同一材料由于所處環境不同， SSCC傾向也不同；另外鋼的化學成分、顯微組織、強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溶液中達到值。目前，還不清 楚是否存在產生SSCC的H2S濃度下限值，在Clppm的濃度下也產生SSCC,只不過所 需的時間很長而己。

(4)pH值的影響

依據濕硫化氧應力腐燭開裂的機理，可以預期，隨著PH值的降低，IT濃度增加， 應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低時迅速破裂，PH4.2時最嚴重，pH值為5-6時不易破裂，pHW時完全 不破裂。在研究排水的pH對鋼腐燭及滲氧影響時，發現當有H2S存在時，在所研究的 pH范圍（1.5-11.5)內都有氣滲入鋼中，以pH值=4時為。

(4)溫度的影響

鋼在HzS環境中的穩定性與溫度的關系是復雜的，有時得到的實驗規律相反。在飽 和H2S-H2O系統中的65r鋼，溫度從室溫提高到60-7(rC時，對SSCC敏感性增加，溫 度高于7(rc,這種敏感性又減弱。P-110級材料在115%屈服強度下含5%NaCl的HzS 溶液中溫度從24癈升高到66-C時破裂敏感性明顯減少，而相應于破壞的硬度從 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溫度范圍內對 SSCC敏感性，溫度對奧氏體不誘鋼的影響卻相反，根據研究得出的數據和現場事 故調查結果，奧氏體不繡鋼的SSCC大多發生在高溫環境。

(4)溶液中其他成分的影響

關于溶液中cr存在對幵裂的影響問題尚不清楚，有的報道說起加速作用，也有的 認為完全沒有影響。關于C02共存的作用，有的認為是降低開裂臨界應力值，但其作用 尚不很清楚。

(4)材料因素對硫化物應力腐蝕破裂的影響

①鋼的化學成分的影響：通過對鋼的化學成分與SSCC之間關系研究，一般認為 A1、Ti、V、B、Cu等元素能提髙鋼的抗SSCC性能。Ni、S、P、Mn、N、H等對于低 合金鋼抗SSCC性能不利。對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+回火或等溫處理時出現的粗大的球 狀或薄片狀談話無組織的抗SSCC性能介乎上兩者之間。

③材料硬度影響：硬度對SSCC有很大影響的研究數據，許多來自現場破壞事故。 硬度值越高，發生SSCC所需的臨界應力值越低，破壞所需的時間越短。分析統計破壞 事故和實驗研究數據，得出材料不發生SSCC的最髙硬度值在HRC20-27之間。而煤縫 破話一般發生在硬度大于HB200的部位。

2.課題研究的內容

2007年6月起,本人參與所在課題組與某煉廠合作進行的大型石油煉制設備的腐蝕 診斷。主要針對該煉廠的設備以及管線的腐燭案例進行診斷，近兩年時間累積腐燭案例 30多起。統計發現約有1/4的案例為應力腐燭開裂所引起，并且所有開裂案例80%都發 生在燥縫部位。

而在石油煉廠中，存在著一系列管線被稱為酸性水線，這些管線材質均為20#鋼； 內部介質均含有H2S;工作溫度比較低，介質為液態；輝縫部位對腐燭敏感。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 水儲罐的硫化物應力腐燭開裂（SSCC)的敏感性增加。本文主要針對20#鋼管以及其焊 縫部位的硫化物應力腐燭幵裂敏感性進行以下研究。

(4)20#鋼管以及其燥縫部位的硫化物應力腐蝕幵裂敏感性進行研究。

主要通過C形環法加載試驗對煌縫試樣以及無煤縫試樣的SSCC敏感性研究對比， 并通過對母材與煤縫的顯微組織以及硬度來討論試樣的SSCC敏感性。

(4)研究飽和H2S濃度下，環境因素對煌縫試樣的SSCC的影響。

通過C形環法加載試驗對揮縫試樣在不同溫度、pH值以及cr濃度SSCC開裂敏感 性的研究。借以幫助石油煉廠針對SSCC的防護，對介質pH值、cr含量等的工藝調節 制定初步方案。