正航儀器硫化物應(yīng)力腐蝕特點以及影響因素

在濕潤硫化氣環(huán)境中的硫化物應(yīng)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(fā)現(xiàn)了液化石油氣r：纏的硫化物 應(yīng)力腐蝕幵裂問題。隨著硫化物應(yīng)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(yīng)力腐燭幵裂的研究也不斷深入。并且關(guān)于進行SSCC的實驗方法也形成 了一套成型的標(biāo)準(zhǔn)，由美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE)所制定。而針對實際情況，如何 把實驗室所得的結(jié)論較好的應(yīng)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(yīng)力腐油特點

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

(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，事故往往是突發(fā)性的；

(3)—般材料經(jīng)過短暫暴露后就出現(xiàn)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(fā)生SSCC所經(jīng)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(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、機械傷痕（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 往往無明顯腐蝕痕跡，腐蝕產(chǎn)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(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,只不過所 需的時間很長而己。

(4)pH值的影響

依據(jù)濕硫化氧應(yīng)力腐燭開裂的機理，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低時迅速破裂，PH4.2時最嚴(yán)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(fā)現(xiàn)當(dāng)有H2S存在時，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，有時得到的實驗規(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，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(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 SSCC敏感性，溫度對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(rèn)為完全沒有影響。關(guān)于C02共存的作用，有的認(rèn)為是降低開裂臨界應(yīng)力值，但其作用 尚不很清楚。

(4)材料因素對硫化物應(yīng)力腐蝕破裂的影響

①鋼的化學(xué)成分的影響：通過對鋼的化學(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(xiàn)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(shù)據(jù)，許多來自現(xiàn)場破壞事故。 硬度值越高，發(fā)生SSCC所需的臨界應(yīng)力值越低，破壞所需的時間越短。分析統(tǒng)計破壞 事故和實驗研究數(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行的大型石油煉制設(shè)備的腐蝕 診斷。主要針對該煉廠的設(shè)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(tǒng)計發(fā)現(xiàn)約有1/4的案例為應(yīng)力腐燭開裂所引起，并且所有開裂案例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(yīng)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(yīng)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(yīng)力腐蝕幵裂敏感性進行研究。

主要通過C形環(huán)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(huán)境因素對煌縫試樣的SSCC的影響。

通過C形環(huán)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(zhì)pH值、cr含量等的工藝調(diào)節(jié) 制定初步方案。