硫化氫應(yīng)力腐蝕基礎(chǔ)知識(shí)講座課件

1材料的破壞1.1材料的破壞形式：材料的破壞一般分為兩大類(lèi)，一是純機(jī)械破壞，另一類(lèi)是腐蝕破壞（包括機(jī)械和腐蝕元素的疊加）。1.2材料的破裂分為兩大類(lèi)：1純機(jī)械性破裂；2腐蝕破裂，即材料在環(huán)境和應(yīng)力（外加或內(nèi)在的）的共同作用下引起的破裂，其中有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（Stresscorrosioncracking,SCC）、氫損傷（Hydrogenembittelment,HE）和腐蝕疲勞（Corrosionfatigue,CF）三種類(lèi)型。1材料的破壞1.1材料的破壞形式：材料的破壞一般分11.3石化企業(yè)壓力容器和壓力管道的腐蝕問(wèn)題中國(guó)石化集團(tuán)公司生產(chǎn)部和中國(guó)石油天然氣總公司先后四次對(duì)石化企業(yè)的壓力容器與管道進(jìn)行了調(diào)查。圖11990年至1995年35個(gè)石化企業(yè)125臺(tái)容器失效原因1材料的破壞1.3石化企業(yè)壓力容器和壓力管道的腐蝕問(wèn)題1材料的21材料的破壞圖11990年以來(lái)，35個(gè)石化企業(yè)Ⅱ、Ⅲ類(lèi)壓力容器報(bào)廢原因1材料的破壞圖11990年以來(lái)，35個(gè)石化企業(yè)Ⅱ31材料的破壞圖3壓力容器失效原因示意圖1材料的破壞圖3壓力容器失效原因示意圖41材料的破壞1材料的破壞51材料的破壞

石化企業(yè)面臨的問(wèn)題目前石化企業(yè)需要解決的共性介質(zhì)腐蝕問(wèn)題有二類(lèi)，其一是濕硫化氫、無(wú)水液氨、Cl-、硝酸鹽等的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題，其二是高溫下環(huán)烷酸、硫化物及氫損傷問(wèn)題。1997年調(diào)查表明，1166臺(tái)高強(qiáng)鋼壓力容器中有922臺(tái)（占79.1%）面臨著濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境、高溫硫腐蝕環(huán)境、Cl-應(yīng)力腐蝕環(huán)境、高溫高壓的臨氫環(huán)境等腐蝕介質(zhì)環(huán)境的作用，其中117臺(tái)在使用中產(chǎn)生裂紋。1材料的破壞石化企業(yè)面臨的問(wèn)題62腐蝕的定義2.1腐蝕定義廣義腐蝕定義：腐蝕是材料在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)。

ISO8044《金屬與合金的腐蝕－術(shù)語(yǔ)及定義》對(duì)金屬與合金的腐蝕定義為：金屬與環(huán)境之間的物理、化學(xué)作用產(chǎn)生的金屬性能的變化，這種變化?？赡芤鸾饘?、環(huán)境或由它們組成的技術(shù)體系發(fā)生功能性損害。我國(guó)關(guān)于金屬腐蝕的定義標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10123－2001《金屬和合金的腐蝕基本術(shù)語(yǔ)的定義。

2腐蝕的定義2.1腐蝕定義72腐蝕的定義腐蝕造成的損失按照腐蝕定義，各國(guó)統(tǒng)計(jì)的因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為一個(gè)國(guó)家的GDP的1.25～3.5%，因腐蝕造成的設(shè)備事故約占全部事故的1/3，其中因應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂又占到腐蝕事故的1/3。

據(jù)統(tǒng)計(jì)腐蝕造成的直接損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）的損失總和。2腐蝕的定義腐蝕造成的損失82.2腐蝕性環(huán)境含有一種或多種腐蝕劑的環(huán)境。2.3腐蝕體系包含一種或多種金屬以及環(huán)境中影響腐蝕的一切因素的體系。2腐蝕的定義2.2腐蝕性環(huán)境2腐蝕的定義92.4耐蝕性能沒(méi)有在任何腐蝕環(huán)境中均具耐蝕性的材料，耐蝕性標(biāo)準(zhǔn)是人為確定的，根據(jù)材料抵抗介質(zhì)腐蝕破壞的能力將材料的耐均勻腐蝕性能分成若干個(gè)級(jí)別，如目前將不銹鋼的耐蝕性劃分為10級(jí)，將鈦及鈦合金耐蝕等級(jí)分為3級(jí)，將碳鋼、低合金鋼劃分為4級(jí)（見(jiàn)表1）。耐蝕性是相對(duì)的，有條件的（介質(zhì)、濃度、溫度、雜質(zhì)、壓力、流速等）。

選材時(shí)既要考慮其耐均勻腐蝕性能又要考慮其耐局部腐蝕的性能，在水基介質(zhì)中后者更需予以注意。對(duì)于局部腐蝕，一般只發(fā)生在特定的“材料－環(huán)境”體系中，材料或設(shè)備結(jié)構(gòu)形式是否適用于特定的環(huán)境，可通過(guò)資料分析或試驗(yàn)驗(yàn)證。2腐蝕的定義2.4耐蝕性能2腐蝕的定義102腐蝕的定義

對(duì)于均勻腐蝕（包括非金屬中的石墨、玻璃、陶瓷、混凝土）按年腐蝕率大小分為四個(gè)等級(jí)：1優(yōu)良年腐蝕率<0.05mm/a；2良好年腐蝕率0.05～0.5mm/a；3可用但腐蝕較重年腐蝕率0.5～1.5mm/a；4不適用年腐蝕率>1.5mm/a；2腐蝕的定義對(duì)于均勻腐蝕（包括非金屬中的11表1金屬材料耐蝕等級(jí)不銹鋼耐蝕等級(jí)腐蝕速率/mm·a-1鈦合金耐蝕等級(jí)腐蝕速率/mm·a-1低合金鋼耐蝕等級(jí)腐蝕速率/mm·a-11完全耐蝕0.0011優(yōu)良<0.1271優(yōu)良<0.052很耐蝕0.001～0.00530.005～0.014耐蝕0.01～0.0550.05～0.102良好0.05～0.56尚耐蝕0.10～0.502良好0.127～1.2770.50～1.03可用0.5～1.58欠耐蝕1.0～5.03差>1.274不適用>1.595.0～10.010不耐蝕>10.0表1金屬材料耐蝕等級(jí)腐蝕速率/mm·a-1鈦合金腐蝕速率/122腐蝕的定義

腐蝕數(shù)據(jù)的來(lái)源腐蝕數(shù)據(jù)包括材料在不同環(huán)境下的腐蝕行為和特定環(huán)境對(duì)不同材料的腐蝕行為，現(xiàn)場(chǎng)腐蝕環(huán)境的確定是腐蝕數(shù)據(jù)中的最重要的組成部分。腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)中積累了大量的間接經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)于“材料－環(huán)境”的組合來(lái)說(shuō)這些數(shù)據(jù)仍是非常有限的，當(dāng)選材環(huán)境與手冊(cè)所示環(huán)境有微小的、但卻有重要影響的差別時(shí)，就需要借助理論知識(shí)和試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決。但手冊(cè)中或試驗(yàn)中的否定結(jié)論是非常重要的，它可以使選材者避免大量的浪費(fèi)。

2腐蝕的定義腐蝕數(shù)據(jù)的來(lái)源13

最寶貴的數(shù)據(jù)是直接經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室所模擬的環(huán)境條件可能與實(shí)際的環(huán)境有差別，所以，選材試驗(yàn)必須與生成實(shí)際相結(jié)合。在收集生產(chǎn)環(huán)境條件時(shí)，用戶(hù)必須注意材料對(duì)環(huán)境的其它有害反應(yīng)，如材料的腐蝕是否會(huì)污染產(chǎn)品質(zhì)量，影響工藝流程，使催化劑中毒等。環(huán)境中的微量雜質(zhì)對(duì)材料的影響也是必須慎重考慮的，在材料的腐蝕行為上，雜質(zhì)（包括微生物）的影響通常是導(dǎo)致設(shè)備提前失效的重要因素，某些雜質(zhì)還有可能防止腐蝕的發(fā)生。2腐蝕的定義最寶貴的數(shù)據(jù)是直接經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室所模擬的環(huán)境條件142腐蝕的定義2.5金屬腐蝕的形態(tài)（分類(lèi)）按材料的被破壞的形式金屬腐蝕的形態(tài)通常分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類(lèi)。前者是腐蝕較均勻的發(fā)生在全部金屬表面，后者是發(fā)生在局部（如孔蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕氫腐蝕破裂等）。幾種常見(jiàn)腐蝕形態(tài)的定義如下：詳細(xì)定義可參考ISO80442腐蝕的定義2.5金屬腐蝕的形態(tài)（分類(lèi)）152腐蝕的定義2.4.1全面（均勻）腐蝕（uniformcorrosion）是局部腐蝕的相對(duì)術(shù)語(yǔ)。當(dāng)金屬材質(zhì)均勻并且腐蝕環(huán)境對(duì)金屬的整體都是一樣的情況下，材料表面全部發(fā)生相同程度的腐蝕。均勻腐蝕程度可以用腐蝕率表示，常用的單位有1、單位時(shí)間內(nèi)單位面積上的失重g/m2·h對(duì)于碳鋼和低合金鋼（g/m2·h＝1.1mm/a）；2、單位時(shí)間內(nèi)腐蝕的平均深度mm/a(或英制的mpy=1/1000in/a=0.0254mm/a)。2腐蝕的定義2.4.1全面（均勻）腐蝕（unifo162腐蝕的定義2.4.2孔蝕（pittingcorrosion）又稱(chēng)點(diǎn)蝕，是在金屬上產(chǎn)生針狀、點(diǎn)狀、小孔狀的一種局部的腐蝕形態(tài)，是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。是“跑、冒、滴、漏”的主要禍根，且難以檢查，有時(shí)突然導(dǎo)致災(zāi)害?？孜g易于發(fā)生在易鈍化的金屬，如不銹鋼，鈦、鋁合金等。2腐蝕的定義2.4.2孔蝕（pittingco172腐蝕的定義2.4.3縫隙腐蝕（crevicecorrosion）又稱(chēng)間隙腐蝕。在兩種金屬表面之間或一種金屬與一種非金屬表面或沉積物之間的縫隙內(nèi)，金屬發(fā)生強(qiáng)烈的局部腐蝕。這類(lèi)腐蝕與空穴、墊片下、搭接縫、表面沉積物以及螺帽。鉚釘帽下的縫隙內(nèi)存在的少量靜止的溶液有關(guān)。其縫隙要成為縫隙腐蝕的部位，其的寬度（0.5~0.1mm)須使液體能流入，又能維持液體靜滯。凡依靠氧化膜或鈍化層耐蝕的金屬特別容易遭受縫隙腐蝕，如不銹鋼、鋁合金等?？p隙是引起腐蝕的主要設(shè)計(jì)缺陷，也是設(shè)計(jì)中難以避免的，特別是結(jié)構(gòu)的連接處和支撐處。2腐蝕的定義2.4.3縫隙腐蝕（crevice182.4.4阻塞電池腐蝕（Occudecellcorrosion）一種特殊的局部腐蝕形態(tài)，其機(jī)理是由于受設(shè)備幾何形狀和腐蝕產(chǎn)物、沉積物的影響，使得介質(zhì)在金屬表面的流動(dòng)和電介質(zhì)的擴(kuò)散受到限制，造成被阻塞的的空腔內(nèi)介質(zhì)化學(xué)成分與整體介質(zhì)有很大差別，空腔內(nèi)介質(zhì)被酸化，尖端的電極電位下降，造成電池腐蝕。

點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的電化學(xué)機(jī)理與此相似。2腐蝕的定義2.4.4阻塞電池腐蝕（Occudecellcorros192腐蝕的定義2.4.5晶間腐蝕（grainboundarycorrosion）：沿著晶粒邊界發(fā)生的選擇性腐蝕，是腐蝕深入到金屬體內(nèi)的一種腐蝕狀態(tài)，減弱了晶體相互間的結(jié)合力，使金屬脆化，強(qiáng)度降低，可導(dǎo)致突發(fā)性的災(zāi)難性事故。剝蝕是晶間腐蝕的一種特殊形式，腐蝕沿著平行于表面的平面（陽(yáng)極性的晶界或晶界）發(fā)展，腐蝕破壞了晶粒之間的結(jié)合力，并由于腐蝕產(chǎn)物的體積大于生成腐蝕產(chǎn)物的金屬體積，形成了一種張應(yīng)力，使的已被破壞的晶粒向上撬起并剝落，腐蝕將一層一層的發(fā)展。2腐蝕的定義2.4.5晶間腐蝕（grainbo202腐蝕的定義局部腐蝕誘發(fā)應(yīng)力腐蝕隨著點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、阻塞電池腐蝕和晶間腐蝕的發(fā)展，可導(dǎo)致器壁穿孔，或成為應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞的裂紋源。阻塞電池腐蝕誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕如圖5所示。圖5由阻塞電池誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕2腐蝕的定義局部腐蝕誘發(fā)應(yīng)力腐蝕圖5由阻塞電池誘212腐蝕的定義2.4.6氫損傷（Hydrogenembittelment,HE）金屬在腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的活性H原子擴(kuò)散進(jìn)入金屬內(nèi)部后造成金屬開(kāi)裂，表現(xiàn)形式有氫鼓包（HB,Hydrogenbubble）、氫脆（HEC,Hydrogenembittelmentcrack）、氫誘導(dǎo)裂紋（hydrogeninducescrack）延遲破壞。這些破壞可以在無(wú)外加應(yīng)力時(shí)發(fā)生。在材料內(nèi)部形成氫化物、白點(diǎn)或發(fā)紋，流變性能退化，高壓氫引起的顯微穿孔。（1）氫脆：氫脆是指氫進(jìn)入金屬后，引起金屬宏觀韌性降低或產(chǎn)生滯后斷裂的現(xiàn)象，包括氫致延性損失和氫致滯后開(kāi)裂。根據(jù)氫的來(lái)源不同，氫脆可分為由于材料在冶金和加工（焊接、電鍍、酸洗等）中吸收氫產(chǎn)生的內(nèi)部氫脆和由于金屬在各種環(huán)境中如水、濕氣、碳?xì)浠衔?、酸等與介質(zhì)作用產(chǎn)生的環(huán)境氫脆。機(jī)理是原子氫滲入金屬基體內(nèi)或由于高溫高壓分子氫沿金屬晶界向內(nèi)部擴(kuò)散，由于氫溶解于金屬晶格中，晶格應(yīng)變?cè)黾?，材料在低于屈服?yīng)力下產(chǎn)生延遲破裂。隨著材料中氫濃度的增加，材料韌性下降，出現(xiàn)低于屈服應(yīng)力下產(chǎn)生的延遲破壞。其特征是：①材料的拉伸延展性下降，缺口抗拉強(qiáng)度下降，特別是出現(xiàn)靜載荷下的延遲破壞，而屈服強(qiáng)度無(wú)顯著變化。②缺口敏感性高的材料，裂紋增長(zhǎng)的長(zhǎng)度極小，所以在破壞前檢出裂紋的可能性很小。③氫的存在，降低了裂紋尖端的表面能，影響了原子鍵的結(jié)合力，促進(jìn)了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，加速了裂紋擴(kuò)展。④不存在應(yīng)力腐蝕的特殊材料、介質(zhì)組合，也不需要拉應(yīng)力的存在。⑤材料中的氫是可逆的，通過(guò)時(shí)效處理和真空加熱可使材料的脆性下降或消除。（2）氫鼓包（HB,Hydrogenbubble）是介質(zhì)中的原子氫擴(kuò)散到金屬內(nèi)部，在空穴、夾雜、晶界、位錯(cuò)等缺陷處可聚集形成分子氫，在較高的使用溫度下，還可能與材料中碳化物中的C和硫化物中的S元素發(fā)生反應(yīng)，形成CH4或H2S，產(chǎn)生局部高壓和應(yīng)力集中。因H2和CH4、H2S不能在金屬中擴(kuò)散，他們可積累形成達(dá)8～10MPa的內(nèi)壓，對(duì)材料產(chǎn)生永久性損傷。當(dāng)缺陷在近表面時(shí)，將導(dǎo)致材料表面鼓包，甚至鼓包破裂。（3）氫誘導(dǎo)裂紋（HIC）是滲入鋼中的氫，除了在位錯(cuò)等晶格缺陷處以原子狀態(tài)聚集外，更多的是以分子狀態(tài)在非金屬夾雜物（如MnS、Al2O3、SiO2等）周?chē)拈g隙處，間隙處的壓力可以達(dá)到數(shù)10MPa。由此，當(dāng)夾雜物造成的間隙形狀帶有尖銳缺口時(shí)，將在缺口產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致誘導(dǎo)裂紋形核。在無(wú)外加應(yīng)力的情況下，在氫壓作用下裂紋沿鋼板的軋制方向擴(kuò)展，形成階梯狀裂紋。

圖6氫誘導(dǎo)裂紋示意圖biaiTW造成氫鼓包和氫誘導(dǎo)裂紋的主要原因是當(dāng)介質(zhì)中存在S=、CN-、含P陰離子等阻止氫原子生成氫分子反應(yīng)的陰極毒化劑時(shí)，氫原子就容易進(jìn)入金屬中，在無(wú)應(yīng)力作用下造成氫鼓包和氫誘導(dǎo)裂紋。在應(yīng)力作用下，HB和HIC沿與主應(yīng)力垂直方向發(fā)生串接，形成SOHIC（壓力導(dǎo)向氫誘導(dǎo)開(kāi)裂），對(duì)設(shè)備的安全造成極大的危害2腐蝕的定義2.4.6氫損傷（Hydrogen222腐蝕的定義2.4.6腐蝕疲勞（Corrosionfatigue,CF）

腐蝕疲勞是指在腐蝕介質(zhì)和交變載荷共同作用下，使金屬材料的疲勞極限大大降低，造成容器的承壓元件發(fā)生破裂。與一般機(jī)械疲勞相比，腐蝕疲勞表面上常見(jiàn)明顯的腐蝕和點(diǎn)蝕坑，并且沒(méi)有介質(zhì)的選擇性，壓力容器的疲勞破裂大部分都是腐蝕疲勞破裂。腐蝕疲勞可以有多條裂紋并存，即裂紋可以在一點(diǎn)或多點(diǎn)生核并擴(kuò)展。宏觀常見(jiàn)切向和正向擴(kuò)展并多呈鋸齒狀和臺(tái)階狀，斷口較平整，呈瓷狀或貝殼狀，有疲勞弧線，疲勞臺(tái)階，疲勞源等。微觀上裂紋一般無(wú)分支，尖端較鈍，斷口有疲勞條紋等。對(duì)于低合金鋼的腐蝕疲勞，還可根據(jù)提高鋼的強(qiáng)度和耐蝕性或排除腐蝕介質(zhì)的作用后，是否仍出現(xiàn)破壞來(lái)斷定。如果由于鋼強(qiáng)度提高，疲勞斷裂消失或壽命延長(zhǎng)，則可斷定原斷裂為機(jī)械疲勞，否則可斷定原斷裂為腐蝕疲勞。

2腐蝕的定義2.4.6腐蝕疲勞（Corrosio232腐蝕的定義2.4.7應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（stresscorrosioncracking,SSC）

材料在腐蝕和定向應(yīng)力的作用下產(chǎn)生開(kāi)裂，在宏觀上斷裂是脆性的。應(yīng)力腐蝕對(duì)壓力容器危害極大，因此《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)可能發(fā)生SCC的容器的檢驗(yàn)周期應(yīng)適當(dāng)縮短。第133條投用首次內(nèi)外部檢驗(yàn)周期一般為3年。以后的內(nèi)外部檢驗(yàn)周期，由檢驗(yàn)單位要根據(jù)前次內(nèi)外部檢驗(yàn)情況與使用單位協(xié)商確定后報(bào)當(dāng)?shù)匕踩O(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。有下列懷況之一的壓力容器，內(nèi)外部檢驗(yàn)周期應(yīng)適當(dāng)縮短：

3、使用條件惡劣或介質(zhì)中硫化氫及硫元素含量較高的（一般指大于100mg/L時(shí)）。

9、球形儲(chǔ)罐（使用σb≥540MPa材料制造的，投用一年后應(yīng)開(kāi)罐檢驗(yàn)）。

10、介質(zhì)為液化石油氣且有氫鼓包應(yīng)力腐蝕傾向的，每年或根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)。

11、采用"亞銨法"造紙工藝，且無(wú)防腐措施的蒸球每年至少一次或根據(jù)實(shí)際情況需要縮短內(nèi)外部檢驗(yàn)周期

SCC是一種自發(fā)過(guò)程，在特定的金屬材料、特定的介質(zhì)和某一門(mén)限應(yīng)力以上（最新的研究結(jié)果表明壓應(yīng)力也可能導(dǎo)致SCC）就可發(fā)。根據(jù)不銹鋼的實(shí)際使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，不銹鋼的局部腐蝕中應(yīng)力腐蝕最多，約占40%~60%；點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕次之，各占20%左右；晶間腐蝕、疲勞腐蝕和均勻腐蝕相近，各占10%左右。碳鋼和低合金鋼的局部腐蝕以濕硫化氫和堿脆、硝脆等應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂為主。圖7不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋特征2腐蝕的定義2.4.7應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力242腐蝕的定義

硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（Sulfidestresscorrosioncracking，SSCC）指金屬在濕硫化氫（wetH2S）或其它水溶性硫化物環(huán)境中產(chǎn)生的脆性破裂。其特點(diǎn)是以陰極充氫為主，導(dǎo)致氫致裂紋。設(shè)備的抗SSCC能力受到溫度、在H2S或S=濃度、介質(zhì)pH值、應(yīng)力大小及分布狀態(tài)、金屬焊接質(zhì)量和焊縫表面質(zhì)量、設(shè)備熱處理狀態(tài)等多種因素的影響。

SCC在工程上是一種常見(jiàn)的嚴(yán)重破壞現(xiàn)象，是由于在金屬表面上進(jìn)行的硫化腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生了氫原子而發(fā)生的氫應(yīng)力開(kāi)裂。可發(fā)生SSCC的鋼種包括低碳鋼、低合金鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼等，開(kāi)裂傾向隨著鋼材的強(qiáng)度升高而增加，通常容易發(fā)生在高強(qiáng)度（高硬度）鋼的焊接熔合區(qū)或在低合金鋼的強(qiáng)熱影響區(qū)處。左禹教授發(fā)現(xiàn)了奧式體不銹鋼在硫化氫溶液中的臺(tái)階應(yīng)力腐蝕破裂，研究了各種因素對(duì)破裂的影響并提出了破裂機(jī)理及其控制措施。SCC特點(diǎn)是合金比純金屬更易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕破裂具有突發(fā)性及強(qiáng)破壞性等特點(diǎn)，是能源、石油、化工、航空等領(lǐng)域危害極大的一種設(shè)備失效形式。

SSCC與高溫硫腐蝕的區(qū)別高溫硫化物的腐蝕是指240℃溫度以上的重油部位硫、硫化氫和硫醇形成的腐蝕。典型的高溫硫化物腐蝕環(huán)境有焦化裝置、減壓裝置、催化裂化裝置、分餾塔底部及相應(yīng)底部管線、預(yù)熱器等設(shè)備的S-H2S-RSA硫醇型腐蝕環(huán)境，S-H2S-RSH-RCOOH環(huán)烷酸型環(huán)境，加氫裂化，加氫脫硫、加氫精制裝置的反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物換熱器及相應(yīng)管線的H2+H2S引起的氫脫及氫腐蝕環(huán)境等。對(duì)于可能遭受環(huán)烷酸腐蝕的煉油裝置，可參照美國(guó)Craig提出的環(huán)烷酸腐蝕指數(shù)（naphthenicacidcorrosionindex簡(jiǎn)稱(chēng)NACI）概念。NACI為腐蝕速率mpy（1mpy＝0.0254mm/a）與腐蝕產(chǎn)物膜質(zhì)量（mg/cm2）之比，當(dāng)NACI<10時(shí)，腐蝕類(lèi)型為硫化（或可能為氧化），當(dāng)NACI10～100，可認(rèn)為有中等程度的環(huán)烷酸腐蝕，但可能受硫化作用的抑制，當(dāng)NACI≥100時(shí)可認(rèn)為有嚴(yán)重的環(huán)烷酸腐蝕。2腐蝕的定義硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂SCC252腐蝕的定義

濕硫化氫環(huán)境的定義原石油工業(yè)部1980年在“球罐安全技術(shù)會(huì)議會(huì)議紀(jì)要附件”中規(guī)定進(jìn)罐的液態(tài)烴中H2S的含量不大于100mg/m3。1980年中日煉油設(shè)備腐蝕與防護(hù)技術(shù)交流時(shí)，日方甚至提出應(yīng)控制H2S的含量為20～30mg/m3，以確保安全。日本液化氣協(xié)會(huì)及日本高壓氣體保安協(xié)會(huì)制定的JLPANo.2－1“液化石油氣球罐標(biāo)準(zhǔn)（1978）”和高強(qiáng)度鋼（球罐）使用標(biāo)準(zhǔn)（1980年）分別修訂了H2S濃度的臨界值，規(guī)定Rm590MPa級(jí)別的低合金高強(qiáng)鋼球罐儲(chǔ)存的液化石油氣中H2S濃度應(yīng)不大于50×10-6，Rm780MPa的為10×10-6。NACEMR-01-75（1992年修訂版）對(duì)pH<6或pH>7但介質(zhì)中含有CN-的環(huán)境，規(guī)定當(dāng)H2S氣體分壓高于0.05psi（磅/英寸2340Pa），相當(dāng)于在液化石油氣中H2S質(zhì)量濃度為5～6×10-6），介質(zhì)中含有液相水或操作溫度在露點(diǎn)以下，應(yīng)對(duì)環(huán)境加以控制，并選用抗SSCC材料。HG20581－1998《鋼制化工容器選用規(guī)定》對(duì)濕硫化氫環(huán)境定義如下：當(dāng)化工容器接觸的介質(zhì)同時(shí)符合下列各項(xiàng)條件時(shí)，即為濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境：溫度≤（60＋2p）℃，p為壓力，MPa（表壓）。H2S分壓≥0.00035MPa，即相當(dāng)于常溫在水中的H2S溶解度≥10-5（約10ppm）。介質(zhì)中含有液相水或處于露點(diǎn)溫度以下。pH<9或有氰化物（CN-）存在。英國(guó)殼牌石油公司材料專(zhuān)家霍普金申認(rèn)為：

H2S應(yīng)力腐蝕有一個(gè)臨界溫度，Cr9Mo、Cr5Mo在500~600°F（260～312℃）以上，CS在500~600°F以下（260～312℃）。2腐蝕的定義濕硫化氫環(huán)境的定義1980262腐蝕的定義

壓應(yīng)力引起的SCC以往的教科書(shū)中認(rèn)為：“只有拉應(yīng)力才產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂”，國(guó)內(nèi)外均認(rèn)為剪應(yīng)力不產(chǎn)生氫致開(kāi)裂。肖紀(jì)美等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在多種系統(tǒng)中壓應(yīng)力可以導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂（表2）；首次證明壓應(yīng)力能使不銹鋼、低碳鋼、鋁合金發(fā)生應(yīng)力腐蝕。但其門(mén)檻值比拉應(yīng)力高3倍，孕育期也長(zhǎng)1—2個(gè)數(shù)量級(jí)，糾正了“只有拉伸應(yīng)力才能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂”的傳統(tǒng)概念。對(duì)陽(yáng)極溶解型的應(yīng)力腐蝕，正應(yīng)力而不是剪應(yīng)力控制了裂紋的形核，氫則促進(jìn)陽(yáng)極溶解過(guò)程。對(duì)高強(qiáng)鋼的扭轉(zhuǎn)和Ⅲ型試樣沿45°面發(fā)生氫致開(kāi)裂并給出了理論解釋。證實(shí)了氫在最大的多向正應(yīng)力處偏聚，這是氫致開(kāi)裂的地點(diǎn)，而裂紋擴(kuò)展則沿最大剪應(yīng)力方向。圖8在壓縮載荷上的光彈照片（證明這類(lèi)試樣缺口前端是壓應(yīng)力）表2壓應(yīng)力腐蝕匯總表2腐蝕的定義壓應(yīng)力引起的SCC圖8在壓縮載荷上273濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理應(yīng)力腐蝕和氫致開(kāi)裂這兩個(gè)相關(guān)的現(xiàn)象早在40年代已開(kāi)始進(jìn)行研究，目前仍是材料科學(xué)中十分活躍的領(lǐng)域。應(yīng)力腐蝕在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)同時(shí)存在時(shí)發(fā)生，應(yīng)力可以是金屬中的殘余應(yīng)力，也可以是外部應(yīng)力。而腐蝕介質(zhì)的組合環(huán)境對(duì)H2S的腐蝕形態(tài)具有重要的作用，濕H2S引起的開(kāi)裂有硫化氫應(yīng)力腐蝕（SSCC），氫誘導(dǎo)（HIC）和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂（SOHIC）及氫鼓泡（HB）等。左景伊提出的產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的機(jī)理為裂紋的形核和擴(kuò)展可分為3個(gè)階段：（1）金屬表面產(chǎn)生表面膜。（2）膜局部破裂，產(chǎn)生孔蝕或裂紋源。（3）裂紋內(nèi)加速腐蝕，在應(yīng)力作用下，裂紋以垂直方向深入金屬內(nèi)部。應(yīng)力腐蝕可以在極低的負(fù)荷應(yīng)力下（5%~10%Rel，或遠(yuǎn)小于KIC）產(chǎn)生，用臨界應(yīng)力σth、臨界應(yīng)變Sc和臨界應(yīng)力強(qiáng)度KISCC指標(biāo)可以對(duì)構(gòu)件的應(yīng)力腐蝕傾向進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。應(yīng)力包括殘余應(yīng)力、外加應(yīng)力、裝配應(yīng)力及其疊加，殘余應(yīng)力在容器的制造和使用過(guò)程中都可能產(chǎn)生，包括焊接、扭轉(zhuǎn)、沖壓、螺栓連接、過(guò)盈配合、熱處理不當(dāng)、腐蝕產(chǎn)物楔入等，工作應(yīng)力包括內(nèi)外壓差、溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力。應(yīng)力集中是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的充分條件，在有表面裂紋或其他線性缺陷處、幾何形狀突變處、金屬涂層或表面膜破裂處、腐蝕凹坑和點(diǎn)蝕坑都能造成應(yīng)力集中、減少裂紋形核時(shí)間，有利于裂紋形核。應(yīng)力腐蝕的擴(kuò)展過(guò)程可分為陽(yáng)極溶解型氫致開(kāi)裂型混合型3.1氫脆型

氫致開(kāi)裂型裂紋的形態(tài)為：在材料表現(xiàn)呈圓形鼓起，內(nèi)部裂紋呈臺(tái)階狀擴(kuò)展。裂紋的臺(tái)階部分平行于鋼板的軋制方向，與主裂紋垂直。這種裂紋主要是氫滲入材料后聚集在沿軋制方向伸長(zhǎng)的非金屬夾雜物與基體之間的界面分離處或材料本身存在的缺陷中，并形成沿材料軋制方向的微裂紋。因?yàn)镾SCC的發(fā)生和發(fā)展觀察極為復(fù)雜，所以對(duì)于SSCC的機(jī)理說(shuō)法也較多，目前能被廣泛接受的觀點(diǎn)是氫致開(kāi)裂機(jī)理，整個(gè)腐蝕的電化學(xué)過(guò)程和氫擴(kuò)散過(guò)程至少包括以下三個(gè)過(guò)程。①H2S的水解

H2S→H++HS－1－1HS－→H++S2－

1－2

以上反應(yīng)的平衡常數(shù)在一定的溫度下是確定的，隨著H2S的濃度上升，H+、HS-和S2－濃度上升。②金屬的陽(yáng)極溶解和H、H2S、HS-吸附

Fe→Fe2++2e2－1Fe2++S2-＝FeS↓2－2HS－＋Fe→HS――Fe→FeSx↓+H2－3H2S＋Fe→H2S－Fe→FeSx↓+H2－4H＋Fe→H－Fe2－5FeSx是一種保護(hù)膜，這使得其形成后的一段時(shí)間鋼材腐蝕速度減慢。但由于H2S、HS-的存在使H－Fe鍵能下降，H－Fe上的H很容易轉(zhuǎn)移到金屬中去。在應(yīng)力和腐蝕等因素的作用下，造成陽(yáng)極反應(yīng)電位負(fù)移和FeSx破裂，導(dǎo)致陽(yáng)極溶解加速，使膜破裂處成為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的裂紋源區(qū)。圖9硫化膜破裂示意圖③陰極充氫：

H＋＋e→H3－12H→H2↑3－2

由于HS－和S2－是陰極毒化劑，它們的存在阻止了3－2反應(yīng)式的進(jìn)行，使金屬表面活性的H濃度大大提高，加速金屬的充氫速度，導(dǎo)致氫致開(kāi)裂，反應(yīng)在材料的斷口上即為主斷面上的二次裂紋（Subcrack）。以上所有的電化學(xué)反應(yīng)和介質(zhì)的吸附都可在常溫下進(jìn)行，反應(yīng)可發(fā)生在所有與介質(zhì)接觸的表面，產(chǎn)生的H向金屬內(nèi)部擴(kuò)散。隨著溫度的上升，由于H2S的溶解度下降和2－1、2－2、3－2式反應(yīng)速度的增加，發(fā)生SSCC的傾向逐漸下降，通常在較高的溫度下金屬的腐蝕由SSCC向均勻腐蝕轉(zhuǎn)變。3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理283濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理3.2陽(yáng)極溶解型陽(yáng)極溶解型裂紋的形態(tài)為：裂紋在材料表面呈直線狀開(kāi)裂，主要從點(diǎn)蝕坑底部開(kāi)始形核，裂紋的擴(kuò)展以穿晶斷裂為主，只有主裂紋，沒(méi)有二次裂紋。這種裂紋形態(tài)的產(chǎn)生是在中性或堿性介質(zhì)中由于存在某些活化陰離子（如CN-、Cl-

等），它們對(duì)金屬材料的表面膜具有極強(qiáng)的穿透、侵蝕作用，能夠溶解覆蓋在鋼材表面的FeS保護(hù)膜，使鋼材產(chǎn)生點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕形核后形成一閉塞電池，在這個(gè)電池中，裂紋尖端為小面積、低電位的陽(yáng)極，裂紋側(cè)面及裂紋外側(cè)為大面積、高電位的陰極，這樣的小陽(yáng)極/大陰極的活化－鈍化局部腐蝕電池系統(tǒng)，使裂尖作為陽(yáng)極快速溶解。在應(yīng)力作用下，裂紋由此迅速擴(kuò)展。因此16MnR在有CN-、Cl-存在的濕H2S環(huán)境下，具有更高的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。圖10SCC的機(jī)械化學(xué)效應(yīng)模型圖11陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展機(jī)理圖12由于應(yīng)力或腐蝕產(chǎn)物偏析產(chǎn)生的陽(yáng)極溶解的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理3.2陽(yáng)極溶解型圖10SCC的機(jī)293濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理濕硫化氫環(huán)境下產(chǎn)生陽(yáng)極溶解型裂紋所必須具備的條件：（1）材料表面為FeS膜覆蓋的鈍性狀態(tài)；（2）介質(zhì)中含有少量能夠溶解FeS膜的活化陰離子；（3）有點(diǎn)蝕源（或裂紋源）存在。這種腐蝕形態(tài)形成和發(fā)展的速度很快，能夠在較短時(shí)期有所表現(xiàn)。與此同時(shí)也伴有輕微的氫滲透過(guò)程，只是由于氫滲透量少，短時(shí)期不能形成明顯的氫致開(kāi)裂裂紋。從分析中可以看出，材料本身存在的缺陷，如微裂紋、夾渣、夾雜、分層等，無(wú)論在哪一種腐蝕形態(tài)下都起關(guān)鍵性作用。由于在pH值不同的介質(zhì)中，鋼材的表面狀態(tài)也不相同，因而在后來(lái)所表現(xiàn)的腐蝕形態(tài)和速度上有較大差異。在中性或大堿性溶液中以陽(yáng)極溶解型裂紋為主；在酸性溶液中以氫致開(kāi)裂裂紋為主。3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理濕硫化氫環(huán)境下產(chǎn)生陽(yáng)極溶303濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理

在實(shí)際應(yīng)用中，由于陽(yáng)極溶解型裂紋和氫致開(kāi)裂裂紋產(chǎn)生的機(jī)理不同，其產(chǎn)生和發(fā)展隨鋼材所處的環(huán)境也會(huì)互相轉(zhuǎn)化。條件適合時(shí)可以同時(shí)產(chǎn)生和存在，在許多液化石油氣儲(chǔ)罐的開(kāi)罐檢查中，一臺(tái)罐中兩種應(yīng)力腐蝕方式同時(shí)存在的情況很多，特別是儲(chǔ)存介質(zhì)條件不穩(wěn)定，未按規(guī)定周期進(jìn)行檢查的設(shè)備更是如此。某單位的液化石油氣儲(chǔ)罐在投入使用的最初幾年進(jìn)行開(kāi)罐檢查時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)17年以后進(jìn)行第二次檢查時(shí)，則發(fā)現(xiàn)了大片的鼓包和裂紋。這些鼓包和裂紋既有陽(yáng)極溶解型裂紋，也有氫致開(kāi)裂裂紋。在當(dāng)前儲(chǔ)存使用的液化石油氣中，從其來(lái)源看，大部分應(yīng)為中性，因此可推斷在液化石油氣儲(chǔ)罐中H2S應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂形態(tài)以陽(yáng)極溶解型裂紋為多。馬氏體和馬氏體沉淀硬化不銹鋼的應(yīng)力腐蝕，許多人認(rèn)為氫脆起主導(dǎo)作用。在中性水溶液中，對(duì)13%Cr馬氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕起主導(dǎo)作用的不是氫脆，而是陽(yáng)極溶解。對(duì)于大量使用的Cr-Ni奧氏體不銹鋼，從裂紋尖端產(chǎn)生陽(yáng)極溶解而引起應(yīng)力腐蝕，目前傾向于用滑移-溶解-斷裂模型來(lái)加以解釋。Cr-Ni奧氏體不銹鋼的晶間型應(yīng)力腐蝕，目前的主要見(jiàn)解有：在應(yīng)力作用下，不銹鋼晶粒間界貧鉻區(qū)的選擇性溶解；在應(yīng)力作用下，不銹鋼中雜質(zhì)沿晶界偏聚而引起的優(yōu)先溶解；在應(yīng)力作用下，不銹鋼中晶界沉淀相本身的溶解等。3濕H2S應(yīng)力腐蝕機(jī)理在實(shí)際應(yīng)用中，由于陽(yáng)極314現(xiàn)象和識(shí)別

識(shí)別應(yīng)力腐蝕的主要依據(jù)是裂紋特征和斷口形貌（a）裂紋特征：應(yīng)力腐蝕的宏觀裂紋均起自于不銹鋼表面且分布具有明顯的局部性；裂紋的走向與所受應(yīng)力，特別是與殘余應(yīng)力有密切關(guān)系；裂紋常呈龜裂和風(fēng)干木材狀，裂紋附近未見(jiàn)塑性變形；除裂紋部位外，其它部位腐蝕輕微，且常有金屬光澤。應(yīng)力腐蝕裂紋的微觀形貌有穿晶型、沿晶型和穿晶+沿晶混合型；裂紋的寬度較小，而擴(kuò)展較深，裂紋的縱深常較其寬度大幾個(gè)數(shù)量級(jí)；裂紋既有主干也有分支，典型裂紋多貌似落葉后的樹(shù)干和樹(shù)枝，裂紋尖端較銳利。識(shí)別應(yīng)力腐蝕的主要依據(jù)是裂紋特征和斷口形貌

（b）斷口形貌應(yīng)力腐蝕的宏觀斷口多呈脆性斷裂。斷口的微觀形貌，穿晶型多為準(zhǔn)解理斷裂，并常見(jiàn)河流，扇形，魚(yú)骨，羽毛等花樣；而沿晶型則多為冰糖塊狀花樣。4現(xiàn)象和識(shí)別識(shí)別應(yīng)力腐蝕的主要依據(jù)是裂紋特征和斷325影響SCC的因素5.1力學(xué)因素現(xiàn)有的研究結(jié)果證明，應(yīng)力增大，發(fā)生破裂的時(shí)間縮短，應(yīng)力的來(lái)源可以是結(jié)構(gòu)應(yīng)力、加工殘余應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、工作壓力、熱應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)應(yīng)力、腐蝕產(chǎn)物應(yīng)力等。但在一定的介質(zhì)和材料的組合條件下，都有一特定的發(fā)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力門(mén)檻值。5.1力學(xué)因素

a.臨界應(yīng)力對(duì)SSCC的影響金屬對(duì)SSCC通常存在一臨界應(yīng)力，低于此應(yīng)力，材料不發(fā)生SSCC?？梢酝ㄟ^(guò)恒載荷法、簡(jiǎn)支梁法和斷裂力學(xué)法測(cè)得材料的抗SSCC臨界應(yīng)力。b.焊接殘余應(yīng)力：一般在焊縫金屬和熱影響區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力，峰值在焊縫金屬上，一般可達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度值。肖遠(yuǎn)處的母材上產(chǎn)生壓應(yīng)力。通?？梢圆捎煤盖邦A(yù)熱，焊后整體熱處理控制或消除殘余應(yīng)力。5.1力學(xué)因素

c.冷加工殘余應(yīng)力：冷加工使材料的強(qiáng)度和硬度上升，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力峰值可達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度值。需要高溫回火消除加工殘余應(yīng)力。d腐蝕產(chǎn)物應(yīng)力：由于腐蝕產(chǎn)物楔入金屬基體，腐蝕產(chǎn)物膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。e操作應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力：受壓元件承受載荷產(chǎn)生的應(yīng)力。5.2破裂時(shí)間材料承受恒拉伸載荷產(chǎn)生SCC時(shí)，起初裂紋擴(kuò)展速度變化不大，隨著裂紋的擴(kuò)展，材料截面積減少，承受的拉應(yīng)力上升，裂紋擴(kuò)展加速，當(dāng)材料截面積減少到材料所承受的拉應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，發(fā)生機(jī)械性破壞，導(dǎo)致材料瞬斷。破裂時(shí)間與腐蝕環(huán)境和材料本身對(duì)SSCC的敏感性性能、應(yīng)力水平關(guān)系極大。5.3環(huán)境因素對(duì)于特定的材料，只有在特定的介質(zhì)中含有某些對(duì)發(fā)生SCC有特殊作用的離子或分子時(shí)，才會(huì)發(fā)生SCC。如能引起奧氏體不銹鋼SCC的介質(zhì)見(jiàn)表3和表4，引起碳鋼和低合金鋼SCC的介質(zhì)見(jiàn)表5，但有液相水存在是發(fā)生SCC的必要條件。沒(méi)有能使任何合金都產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境，而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)因素往往是整體溶液中的少量組分或微量元素，如微量的鹵素離子使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，加速鋁合金、高強(qiáng)度低合金鋼、鈦合金、鎂合金開(kāi)裂。表3引起Cr-Ni奧氏體不銹鋼晶間型應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)和條件介質(zhì)材料的熱處理狀態(tài)備注含Cl-的中性水敏化態(tài)即使室溫下也能產(chǎn)生含Cl-的高溫水敏化態(tài)例如，在250~350°C時(shí)含F(xiàn)-的水敏化態(tài)室溫下，僅2×10-6F-也可產(chǎn)生硝酸+Cl-的水溶液敏化態(tài)

海洋和工業(yè)大氣敏化態(tài)

連四硫酸鉀(K2S4O6)敏化態(tài)水中僅含2×10-6，室溫下也可產(chǎn)生連多硫酸敏化態(tài)室溫下也可產(chǎn)生僅含氧的高溫水固溶態(tài)例如，288°C沸水核反應(yīng)堆條件下pH>10的堿性高溫水固溶態(tài)當(dāng)有縫隙存在時(shí)含NaOH的高溫水固溶態(tài)例如，316°C時(shí)的10%和45%NaOHH2SO4+Cl-水溶液固溶態(tài)在室溫下也可產(chǎn)生（1）各種氯化物或含氯化物的溶液；（2）鹽水，海水，河水，井水，高溫高壓水，水蒸氣和海洋性大氣；（3）氫氧化物，例如KOH,NaOH的水溶液；（4）硝酸和硝酸鹽；（5）氫氟酸，氟硅酸和含F(xiàn)-的水溶液；（6）HNO3+HF和HNO3+HCl+HF的酸洗液；（7）硫化氫水溶液；（8）連多硫酸；（9）硫酸和亞硫酸鹽。表4引起Cr-Ni奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的常見(jiàn)介質(zhì)表5引起碳鋼和低合金鋼應(yīng)力腐蝕的常見(jiàn)介質(zhì)（1）CO＋CO2（2）SO2；（3）工業(yè)和海洋大氣；（4）石炭酸；（5）Hg；（6）苛性堿；（7）NH3及銨鹽（8）氯化物；（9）KMnO4；（10）鋁酸鈉；（11）H2SO4；（12）濕H2S；（13）H2SO4＋HNO3；（14）有機(jī)胺；（15）酚；（16）硝酸鹽；（17）碳酸鹽；（18）乙二腈；（19）氰化物；（20）熔融Zn、熔融Na＋Pb合金；5影響SCC的因素5.1力學(xué)因素5.1力學(xué)因素533石油化工企業(yè)常見(jiàn)的濕H2S環(huán)境有原油中存在的H2S以及有機(jī)硫化物分解生成的H2S，與原油加工過(guò)程中生成的腐蝕性介質(zhì)（如HCl、HCN、NH3等）和人為加入的腐蝕性介質(zhì)（如乙醇胺、水等）共同形成腐蝕性環(huán)境，在裝置的低溫部位（特別是氣液相變部位）造成嚴(yán)重的腐蝕。典型的有：常減壓裝置塔頂?shù)腍Cl+H2S+H2O腐蝕環(huán)境；催化裂紋化裝置吸收解吸裝置塔的HCN+H2S+H2O腐蝕環(huán)境；加氫裂化和加氫精制裝置流出物空冷器的H2S+NH3+H2+H2O腐蝕環(huán)境；干氣脫硫裝置再生塔、氣體吸收塔的RNH2（乙醇胺）+CO2+H2S+H2O腐蝕環(huán)境各類(lèi)液化石油氣貯罐的H2S+H2O環(huán)境等。

此外，一些裝置雖在高溫條件下操作運(yùn)行，但在停機(jī)檢修時(shí)，若不注意防護(hù)也會(huì)發(fā)生低溫下的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題，如不銹鋼的連多硫酸腐蝕問(wèn)題，高溫下的含硫化氫設(shè)備在停機(jī)后也會(huì)產(chǎn)生濕H2S應(yīng)力腐蝕問(wèn)題等。同樣高溫含水氣體經(jīng)過(guò)低溫部位時(shí)，可能會(huì)形成露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，如催化再生器的硝酸鹽露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，加熱爐的重點(diǎn)預(yù)熱器、煙氣、廢熱鍋爐的管道的硫酸露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題等。低溫濕H2S腐蝕表現(xiàn)為均勻腐蝕和SSCC。5影響SCC的因素石油化工企業(yè)常見(jiàn)的濕H2S環(huán)境有此外，一些345影響SCC的因素5.3.1H2S濃度研究表明，H2S濃度對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響明顯，在其他條件相同的情況下，SSCC的其破壞敏感度隨H2S濃度增加而增加，目前尚未找到引起SSCC的H2S濃度下限值，已發(fā)現(xiàn)某些材料在H2S的0.1×10-6的濃度下發(fā)生SSCC。5.3.1H2S濃度液體介質(zhì)中H2S濃度對(duì)低碳鋼而言，當(dāng)溶液中H2S濃度從2×10-6增加到150×10-6時(shí)，腐蝕速度增加較快，但只要小于50×10-6，破壞時(shí)間較長(zhǎng)。H2S濃度增加到1600×10-6時(shí)，腐蝕速度迅速下降，當(dāng)高于1600×10-6～2420×10-6時(shí)腐蝕速度基本不變，這表明高濃度H2S腐蝕并不比低濃度硫化氫腐蝕嚴(yán)重；但對(duì)于低合金高強(qiáng)度鋼，即使很低的H2S濃度，仍能引起迅速破壞。尤其是酸性條件下，當(dāng)H2S中含有水份時(shí)，決定腐蝕程度的是H2S分壓，而不是H2S的濃度，目前國(guó)內(nèi)石化行業(yè)將355Pa（絕）作為控制值，當(dāng)氣體介質(zhì)中H2S分壓大于或等于這一控制值時(shí)，就應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造或使用諸方面采取措施和選擇新材料以盡量避免和減少碳鋼設(shè)備的H2S腐蝕。5.3.2環(huán)境溫度的影響對(duì)于全面腐蝕，在腐蝕性介質(zhì)中，因?yàn)闇囟壬?，介質(zhì)擴(kuò)散速度增大，同時(shí)溶液的電阻下降，化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力增加，使腐蝕電池的反應(yīng)速度加快，一般溫度每升高10℃，腐蝕速度約增加1～3倍。但對(duì)于某些氣體溶解在介質(zhì)中造成腐蝕的環(huán)境，溫度升高，腐蝕速度大大下降，如氧溶解在水中使鋼鐵腐蝕，當(dāng)溫度對(duì)于80℃以上時(shí)，腐蝕顯著下降。在飽和H2S介質(zhì)中，碳合金鋼發(fā)生SSCC的敏感溫度有所不同?？傮w來(lái)說(shuō)，低合金鋼在20～35℃下對(duì)SSCC最為敏感，部分材料在60～70℃下最敏感。5.3.2環(huán)境溫度的影響當(dāng)介質(zhì)環(huán)境溫度由常溫下升高時(shí)，隨溫度的提高，H2S在水中的溶解度降低，腐蝕產(chǎn)生的原子氫轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿託涞倪M(jìn)程加快，減少了材料表面的原子氫濃度。因此，材料內(nèi)部的擴(kuò)散氫濃度降低，并且氫的擴(kuò)散活性隨著溫度的提高，氫偏析停止和金屬晶格內(nèi)氫的固溶穩(wěn)定性增加，從而材料的生SSCC的臨界應(yīng)力值提高。隨著溫度的升高，腐蝕形態(tài)逐漸向全面腐蝕轉(zhuǎn)變。

圖14低合金鋼SSCC所需時(shí)間與溫度關(guān)系5影響SCC的因素5.3.1H2S濃度5.3.355影響SCC的因素

5.3.3pH值pH值升高，產(chǎn)生SSCC的臨界應(yīng)力值迅速上升，鋼的出現(xiàn)SSCC的時(shí)間增加，甚至不發(fā)生SSCC。一般在pH＝4附近，材料對(duì)SSCC最敏感。如30CrMo、18－8型奧氏體不銹鋼在飽和H2S水溶液中，pH4.2時(shí)對(duì)SSCC最敏感；pH5～6時(shí)，不太敏感；pH≥7時(shí)，不發(fā)生SSCC。

5.3.4介質(zhì)其他組分的影響

溶液中含有H3P、As、Se、Te、CN-等離子時(shí)，將促進(jìn)鋼的SSCC，這些雜質(zhì)的可以是介質(zhì)中原來(lái)存在的，也可以是鋼材中含有的雜質(zhì)，在腐蝕過(guò)程中被溶解到介質(zhì)中的。

5.3.5其它因素影響5.3.5.1流速：多數(shù)情況下，流速越大，腐蝕越強(qiáng)，它會(huì)造成保護(hù)膜破壞、引起沖擊、磨損、空泡腐蝕。但對(duì)于避免濃差電池腐蝕、減輕縫隙和死角處的局部腐蝕，防止鋁、不銹鋼的Cl-點(diǎn)蝕等有利，同時(shí)對(duì)減緩SCC也有利。因此對(duì)于列管式換熱器，設(shè)計(jì)上一般使腐蝕性較強(qiáng)的熱流流體走管程，冷流走殼程。

腐蝕產(chǎn)物形成的膜分2類(lèi)，一類(lèi)是較厚的不溶于水的膜，這類(lèi)膜可能不透水，因而具有保護(hù)作用，另一類(lèi)是透水的可能造成局部腐蝕。大多數(shù)腐蝕產(chǎn)物具有良好的導(dǎo)電性，電位比金屬的高，使暴露的金屬成陽(yáng)極，促進(jìn)局部腐蝕。

5.3.5.3自然環(huán)境和外保溫層自然環(huán)境包括大氣、水、土壤，外保溫層的溶出物它們對(duì)設(shè)備的基礎(chǔ)、外壁的腐蝕也是不容忽視的。5影響SCC的因素

5.3.3pH值

5.3.365影響SCC的因素5.4材料因素

鋼的化學(xué)成分、金相組織、晶粒度、夾雜物、強(qiáng)度和硬度等因素對(duì)SSCC有重要影響。

5.4.1化學(xué)成分從材料化學(xué)成份方面來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為Al、Ti、V、B、Cu等元素能提高鋼的抗SSCC能力，Ni、S、P、Mn、N、H、C等對(duì)鋼抗SSCC不利。材料的合金元素對(duì)其抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能的影響具有環(huán)境依存性。法國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)CODAP-90的附錄MA3中提出以下推薦：（1）減少夾雜物，限制鋼中硫含量，使S≤0.002％,如果能達(dá)到≤0.001％則更好。（2）限制鋼中的含氧量，使其≤0.002％。（3）限制鋼中的磷含量，盡量使其≤0.008％。（4）限制鋼中的鎳含量。（5）在滿(mǎn)足鋼板的力學(xué)性能條件下，應(yīng)盡可能降低鋼的碳含量。當(dāng)然目前國(guó)內(nèi)材料也正在往這方面努力。16MnR由于其Mn含量高達(dá)1.20-1.60，對(duì)硫化物更敏感。國(guó)內(nèi)通常將其應(yīng)用于濕H2S環(huán)境限制在50×10-6以下，或者盡量不用。12CrMoR，15CrMoR，1.25Cr1Mo等材料有很好的耐氫腐蝕能力和一定的抗硫作用，但對(duì)濕H2S腐蝕，仍不夠理想。

16MnR由于其Mn含量高達(dá)1.20-1.60，對(duì)硫化物更敏感。國(guó)內(nèi)通常將其應(yīng)用于濕H2S環(huán)境限制在50×10-6以下，或者盡量不用。12CrMoR，15CrMoR，1.25Cr1Mo等材料有很好的耐氫腐蝕能力和一定的抗硫作用，但對(duì)濕H2S腐蝕，仍不夠理想。一般奧氏體不銹鋼不耐濕H2S和Cl-的應(yīng)力腐蝕。

20R、Q235、20號(hào)鋼等，在濕H2S環(huán)境中的腐蝕速率比以上低合金鋼材料更快。新鋼種08CrAlMo、12Cr2AlMoV等具有較好的抗SSCC性能，目前已用于換熱器管束。5影響SCC的因素5.4材料因素5.4.1化375影響SCC的因素

4.4.2冶金、焊接和熱處理因素碳鋼和低合金鋼在充氫介質(zhì)環(huán)境中有兩種開(kāi)裂形式，一種是在壓力容器高強(qiáng)度鋼板材上的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)，另一種稱(chēng)為氫誘導(dǎo)開(kāi)裂(HIC和SOHIC)。因此，冶金上通過(guò)噴鈣處理改變夾雜物形狀，并使S含量降低到0.01％以下，提高鋼材純凈度是目前抗氫誘導(dǎo)裂紋的常用方法。

材料的冶金質(zhì)量、化學(xué)成分、晶粒方向和晶粒度、沉淀相的成分和分布、軋制方向、冷熱加工和熱處理狀態(tài)對(duì)應(yīng)力腐蝕也有明顯的影響相同材料不同的熱處理制度，對(duì)材料的抗SSCC性能影響極大。

焊接工藝的制定，當(dāng)硬度HV≥為350時(shí)，即認(rèn)為有占硬傾向，以此作為確定預(yù)熱溫度的依據(jù)。預(yù)熱還應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)形式、工件厚度、焊接材料等因素。層間溫度一般比預(yù)熱溫度高20～30oC。線能量按材質(zhì)、板厚、焊接材料、焊接方法等選定，使線能量滿(mǎn)足要求。限制熱影響區(qū)最高硬度即要考慮冷裂紋，又要考慮防止由SSCC。

為改善焊接接頭組織及提高力學(xué)性能和缺口韌性，需進(jìn)行焊后熱處理。BS6235規(guī)定，一般構(gòu)件厚度大于50mm，節(jié)點(diǎn)構(gòu)件厚度大于40mm，都需進(jìn)行焊后熱處理。表3改善焊接接頭抗SSCC熱處理制度標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)鋼材保持溫度／oC保持時(shí)間／hBS6285（1982）碳鋼或碳錳鋼580～620t/25AWSD1.1(1988)調(diào)質(zhì)鋼＜590最大板厚t(mm)＜6.40.256.4～51t/25.4其他鋼590～650＞512+0.25t/25.4ASMESECVIIIDIV-1(1983)P1鋼P(yáng)3鋼＞593板厚t(mm)＜50.8t/25.4＞50.82+(t-50.8)/101.6圖15改善鋼抗SSCC的熱處理工藝5影響SCC的因素4.4.2冶金、焊接和熱處理385影響SCC的因素5.4.3材料強(qiáng)度和硬度的影響

在材料化學(xué)成分相似的情況下，隨著強(qiáng)度的增加，其SSCC的敏感性也增加，如圖16。

硬度值雖然不能作為材料是否發(fā)生SSCC的可靠判據(jù)，但現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)表明，隨著材料和焊接接頭的硬度值升高，發(fā)生SSCC的臨界應(yīng)力值越低，所需的時(shí)間越短。NACEMR－01－75（1980修訂）對(duì)材料在濕H2S環(huán)境下使用時(shí)的最高硬度值規(guī)定如下。

a.含Ni<1％的碳鋼和低合金鋼經(jīng)熱軋、退火、正火、正火＋回火、正火奧氏體化再淬火＋回火、淬火＋回火等熱處理后，最高硬度須滿(mǎn)足HRC≤22（234HBS）。b.Cr-Mo類(lèi)低合金鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，HRC≤26（257HBS）時(shí)可以做管材。在采用HRC≥22（234HBS）的合金時(shí)，通常的做法是進(jìn)行抗SSCC試驗(yàn)，以確保該材料的抗SSCC性能。

但HRC≤22（234HBS），不能作為材料不發(fā)生SSCC的唯一指標(biāo)，如冷加工的管材、卷板在硬度HRC≤22（234HBS），也發(fā)生過(guò)SSCC。焊縫區(qū)是最容易發(fā)生SSCC的部位，除焊接殘余應(yīng)力的影響外，焊接接頭處的硬度較高和硬度不均勻，也是引起焊接接頭發(fā)生應(yīng)力腐蝕的重要原因。采用回火熱處理雖然可以降低殘余應(yīng)力的峰值和硬度，但焊接接頭各部位硬度下降水平并不一致。所以對(duì)焊接接頭的的硬度要求比母材的更低。我國(guó)合和NACE一般要求焊接接頭的硬度應(yīng)低于220HBS，日本甚至要求低于200HBS。

硬度對(duì)材料抗SSCC性能的影響見(jiàn)圖16、圖17、圖18。SSCC與H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)、H2S分壓、硬度的關(guān)系見(jiàn)圖19。

圖16在NACETM－01－77介質(zhì)中低合金鋼屈服強(qiáng)度與應(yīng)力門(mén)檻值5影響SCC的因素5.4.3材料強(qiáng)度和硬度的影39HBS圖17

HBS圖1740圖18

圖1841圖19

圖1942c材料表面狀態(tài)的影響

裂紋往往起源于材料表面缺陷處，如表面的加工痕跡、硬度測(cè)定產(chǎn)生的壓痕、工卡具的壓痕、焊接飛濺、焊接弧坑等。5影響SCC的因素c材料表面狀態(tài)的影響5影響SCC的因素436SSCC的控制措6.1環(huán)境控制

脫水和脫硫是防止SSCC的有效措施，脫水要達(dá)到其露點(diǎn)溫度低于系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，脫硫達(dá)到SY/T0599或NACEMR-01-75標(biāo)準(zhǔn)，即達(dá)到H2S分壓臨界值以下。這對(duì)于LPG儲(chǔ)罐、天然氣儲(chǔ)罐和管線非常重要。

添加緩蝕劑在理論上是可靠的，但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，要準(zhǔn)確的使介質(zhì)和環(huán)境處于受控狀態(tài)是困難的。因此，他只能作為一種減緩SSCC的措施，而不能單獨(dú)使用。6.2設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員須掌握SSCC的基本知識(shí)，對(duì)可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)品，在圖樣上明確焊接工藝和熱處理制度，不應(yīng)簡(jiǎn)單的說(shuō)按GB150、GB151標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造，一臺(tái)設(shè)備是否會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，不僅和介質(zhì)（包括介質(zhì)的組成及含量）有關(guān)，還和溫度、鋼種、其他雜質(zhì)含量（如水份）有關(guān)，情況復(fù)雜，在標(biāo)準(zhǔn)中難以用簡(jiǎn)單條文說(shuō)清楚，還是由設(shè)計(jì)者根據(jù)具體情況確定（即圖樣注明）為宜。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)避免應(yīng)力集中、附著物沉積、結(jié)構(gòu)件間的縫隙。6.3選用抗SSCC材料

為解決SSCC問(wèn)題，合理選材十分重要，采用NACEMR-01-75標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上編制的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0599《天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂金屬材料要求》，為含H2S氣田的地面設(shè)施選用國(guó)產(chǎn)抗SSCC提供了依據(jù)。但要注意，如何不符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用等都可能導(dǎo)致抗SSCC材料對(duì)SSCC敏感。已證明稀土元素能提高低合金結(jié)構(gòu)鋼抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力。簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果介質(zhì)游離水中H2S含量超過(guò)10×10-6或H2S分壓超過(guò)350Pa，應(yīng)考慮使用抗?jié)窳蚧瘹鋺?yīng)力腐蝕的材料，即：

a材料的Rel≤355MPa。b材料實(shí)測(cè)Rm≤630MPa。c碳當(dāng)量限制：低碳鋼和碳錳合金鋼CE≤0.40（CE＝[C]＋[Mn]/6），低合金鋼（包括低溫鎳鋼）CE≤0.45（CE＝[C]＋[Mn]/6＋[Cr]＋[Mo]＋[V]/5＋[Ni]＋[Cu]/15）。e母材或焊后回火熱處理的材料硬度限制，低碳鋼HV10≤220（單個(gè)值），低合金鋼HV10≤245（單個(gè)值）。f不允許異種鋼焊接。g制造上要考慮焊后消除應(yīng)力熱處理。h材料化學(xué)成份[S]≤0.003％，[P]≤0.025％。板厚方向斷面收縮率Z≥35％（三個(gè)試樣平均值），≥25％（單個(gè)試樣最低值)。標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼（２２０５型），是中等合金化的雙相不銹鋼。由于優(yōu)異的耐腐蝕性，適于制造氯化物和硫化氫介質(zhì)條件下的設(shè)備，尤其適合于用含氯離子水或微咸水做冷卻介質(zhì)的熱交換器，也適用于稀釋的硫酸溶液和儲(chǔ)運(yùn)有機(jī)酸的設(shè)備。

整體熱浸鍍鋁換熱器這種新產(chǎn)品具有鐵鋁合金層、純鋁層、三氧化二鋁防護(hù)層，對(duì)硫化氫、二氧化硫、氫化物、環(huán)烷酸、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)鹽等腐蝕介質(zhì)具有很高的耐蝕性能。換熱器管束、殼體經(jīng)整體熱浸鍍鋁處理后，可以很大程度消除焊接、脹接、液壓產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，全面消除管束中存在的死角和縫隙。因此，可以很好地克服管束的應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕；經(jīng)整體鍍鋁后，管束改善了換熱管支撐條件，降低了誘導(dǎo)振動(dòng)帶來(lái)的損壞和噪音污染。管束經(jīng)整體滲鋁后，耐高溫氧化、抗高流速磨料沖蝕；此外，管束鍍鋁后表面光滑，具有不易結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。其使用壽命是一般碳鋼制品的4-10倍，耐應(yīng)力腐蝕、硫化物腐蝕、縫隙腐蝕，耐高溫腐蝕超過(guò)1-18不銹鋼、合金鋼，而價(jià)格卻十分低廉。

6SSCC的控制措6.1環(huán)境控制6.2設(shè)計(jì)6446SSCC的控制措6.4防止不銹鋼SCC選材防止氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，是奧氏體鋼最突出的問(wèn)題。產(chǎn)生氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，必須是有拉應(yīng)力及氯離子同時(shí)存在，并且與溫度有關(guān)。在換熱器中一般都有拉應(yīng)力存在，因此，是否可以防止這種開(kāi)裂的產(chǎn)生，主要就看溫度與氯離子含量。在奧氏體不銹鋼中加鉬就成為AISI316（0Cr17Ni12Mo2或0Cr19Ni13Mo3）牌號(hào)的不銹鋼。316比304有更強(qiáng)的耐氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。丹麥發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用304不銹鋼，而水溫≤95℃時(shí)；當(dāng)采用316不銹鋼，而水溫≤130℃時(shí)，不論氯化物含量高低都無(wú)應(yīng)力腐蝕。查詢(xún)丹麥這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，可能是來(lái)自試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)是采用“變形加載法”，即試件加外力使其變成U形，使試件具有內(nèi)應(yīng)力。試驗(yàn)時(shí)將試件放在不同濃度的沸騰MgCl2溶液中觀察其破裂時(shí)間。采用的是沸騰溫度下的飽和濃度。其試驗(yàn)結(jié)果如304不銹鋼約為108.5℃以下；316不銹鋼約為131.5℃以下時(shí)，無(wú)論Cl-多大基本不會(huì)發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。若水溫>130℃，并Cl->50×10-6，則可考慮采用鈦。國(guó)內(nèi)外不銹鋼應(yīng)力腐蝕事故的大量統(tǒng)計(jì)表明，由于氯化物而引起的事故約占80%以上。因此，為解決一般Cr-Ni不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕而合理選材就顯得更為重要。

6SSCC的控制措6.4防止不銹鋼SCC選材丹45

表4---為防止應(yīng)力腐蝕，不銹鋼和合金的選擇表介質(zhì)種類(lèi)介質(zhì)溫度

/℃Cl-和[OH]-

濃縮或富集情況可考慮選用的不銹鋼

和合金類(lèi)型高濃氯化物沸騰溫度高濃Cl-無(wú)高硅Cr-Ni不銹鋼；鐵素體不銹鋼；高鎳不銹鋼和合金含Cl-水溶液<=60低濃度Cl-無(wú)普通18-8，18-12-2不銹鋼；Cr18Mo2鐵素體不銹鋼；18-5-Mo等雙相不銹鋼

<=60低濃度Cl-有Cr18Mo2等鐵素體不銹鋼；18-5-Mo等雙相不銹鋼

<=60高濃度Cl-有Cr26Mo1等鐵素體不銹鋼；含Cr22-25%的含Mo雙相不銹鋼；高Cr,Mo的高鎳不銹鋼，如Cr20Ni25Mo4.5Cu

60-150低濃度Cl-有Cr18Mo2,Cr26Mo1等鐵素體不銹鋼；18-5和22-5，25-5型雙相含Mo不銹鋼；高Cr,Mo的高鎳不銹鋼，如Cr20Ni25Mo4.5Cu

150-200低濃度Cl-有同上;Cr20Ni32Fe等鐵-鎳基合金

200-350低濃度Cl-有Cr20Ni32Fe等鐵-鎳基合金Cr30Ni60Fe10等鎳基合金H2SxO6室溫?zé)oClˉ無(wú)含Ti,Nb的18-8不銹鋼并經(jīng)穩(wěn)定化處理Cr26Ni32Fe等鐵-鎳基合金含H2S水溶液>=60無(wú)無(wú)18-12-2型Cr-Ni不銹鋼

低濃度Clˉ有18-5-Mo和22-5-Mo-N，

25-5-Mo-N型雙相不銹鋼

高濃度Clˉ有Cr20Ni25Mo4.5Cu等高鎳不銹鋼

<60高濃度Clˉ有Cr20Ni25Mo4.5Cu等高鎳不銹鋼含NaOH水溶液<=120NaOH<=20%無(wú)Clˉ無(wú)18-8或18-12-2Cr-Ni不銹鋼

85NaOH50%

NaCl2.5%--超低碳18-8;Cr26Mo1;Cr25Ni20不銹鋼

85NaOH15~25%

NaCl10~15%--同上

140NaOH45%

NaCl15%--Cr26Mo1,Cr30Mo2,1Cr15Ni75Fe

300-350NaOH<10%

無(wú)Clˉ

--Cr20Ni32Fe等鐵-鎳基合金

300-350NaOH>10%

無(wú)Clˉ有1Cr15Ni75Fe,Cr30Ni60Fe10等

介質(zhì)種類(lèi)介質(zhì)溫度

/℃Cl-和[OH]-濃縮或富集情況可467防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證

7.1監(jiān)控

使用外置式硫化物應(yīng)力腐蝕裂開(kāi)/氫脆危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)儀，該儀器能夠附著在裝置外壁，測(cè)量原子氫在金屬中的擴(kuò)散速度，預(yù)測(cè)由于原子氫擴(kuò)散到金屬材料而引起工業(yè)裝置發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕裂開(kāi)/氫脆(SSCC/HE)的危險(xiǎn)性，而且能夠?qū)Πl(fā)生SSCC/HE危險(xiǎn)性作出原位監(jiān)測(cè)和就地評(píng)估。對(duì)往往會(huì)發(fā)生氫致腐蝕破壞的油氣的鉆采集輸、油氣井的酸化壓裂、油田的污水回注、注水井的清洗解堵、鍋爐/管道等承壓容器的除銹除垢、工程結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)、電鍍等有關(guān)工業(yè)裝置，提供了避免發(fā)生SSCC/HE的一種重要監(jiān)測(cè)手段，對(duì)保障安全生產(chǎn)有重要的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)意義。

使用方法為：儀器可使用220V，50Hz交流電或內(nèi)置的蓄電池供電，傳感器密貼于管道/容器等工業(yè)裝置的外壁，對(duì)它們發(fā)生SSCC/HE的危險(xiǎn)性作出在線無(wú)損監(jiān)測(cè)和就地評(píng)估。

評(píng)價(jià)方式：對(duì)管道/容器發(fā)生SSCC/HE的危險(xiǎn)性按“安全”“危險(xiǎn)”或“敏感”三檔作出評(píng)價(jià)/判斷。7.2腐蝕試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料和焊接接頭可以進(jìn)行其抗SSCC性能的全面驗(yàn)證，考慮到在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所測(cè)數(shù)據(jù)是用一種加速的（硫化氫含量比實(shí)際球罐內(nèi)的要高出幾十～幾百倍），并人為施加一定的應(yīng)力于試樣上的模擬方法進(jìn)行抗?jié)窳蚧瘹涓g應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)來(lái)反映材料的性能，同時(shí)影響材料抗SSCC性能的因素很多，用單一的試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)定材料抗SSCC性能是不全面的。

因濕硫化氫應(yīng)力腐蝕一般在室溫時(shí)最為嚴(yán)重，故試驗(yàn)的全過(guò)程均在室溫下進(jìn)行。試驗(yàn)介質(zhì)按NACETM－01－77（同GB4157－88）標(biāo)準(zhǔn)配制：5％NaCl＋0.5％HAc＋H2S（飽和）水溶液，該溶液的pH≈3.5。

相關(guān)的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T12445─1990《高強(qiáng)度合金預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》，GB/T15970─1998《金屬和合金的腐蝕

應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)》，GB/T4157－1984《金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)方法》、NACETM01-77-1990《TestingofMetalaforResistancetoSulfideStressCrackingatAmbientTemperatures》、NACETM0284－1987《EvalutionofPipelineSteelsforResistancetoStepwiseCracking》。

a恒應(yīng)變法

該方法為簡(jiǎn)支梁三點(diǎn)彎曲法（簡(jiǎn)稱(chēng)Sc法），參照蘭州石油機(jī)械研究所提出《鋼材耐濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能評(píng)定方法－簡(jiǎn)支梁式試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。該方法是使試樣在恒應(yīng)變的受力狀態(tài)下考核鋼材在濕硫化氫介質(zhì)中的抗SSCC的性能。對(duì)于中低強(qiáng)度鋼，Sc＞10即評(píng)定為抗SSCC合格。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：⑴方法簡(jiǎn)單，操作方便；⑵受力點(diǎn)的應(yīng)變不變；⑶受力處有二個(gè)Ф0.8mm的應(yīng)力集中孔，可以對(duì)母材（BM）、熔合線（FL）、熱影響區(qū)（HAZ）及焊肉（WM）等部位分別進(jìn)行考核。每個(gè)試樣試驗(yàn)周期為72小時(shí)（3天），經(jīng)72小時(shí)浸泡試驗(yàn)后，取出試樣用目視觀察，看試樣開(kāi)裂與否。

b恒載荷法

該方法根據(jù)NACETM-01-77和GB/T4157－88標(biāo)準(zhǔn)《金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行。該方法是國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的經(jīng)典方法。試樣在恒定的載荷作用下，測(cè)定不同應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂時(shí)間，最后測(cè)定出試樣在720小時(shí)內(nèi)破壞與未破壞之間的門(mén)限應(yīng)力值σth。對(duì)于中低強(qiáng)度鋼，如果σth＞0.45Rel，則可以認(rèn)為該材料符合NACE規(guī)范。

c約束焊接板法圖20約束焊接試板示意圖

該方法是將鋼板加工成圖20所示的焊接試板。按照規(guī)定的焊接工藝，將試板中間的槽焊好。經(jīng)MT、RT檢驗(yàn)試板的焊縫應(yīng)無(wú)超標(biāo)缺陷，如有缺陷則須返修至合格。本方法是利用試板焊接所產(chǎn)生的約束應(yīng)力和殘余應(yīng)力，用殘余應(yīng)力測(cè)定儀測(cè)定，試板的殘余應(yīng)力值可達(dá)60％σs以上。將試板放入的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，經(jīng)過(guò)21天的試驗(yàn)周期后取出試樣，用MT檢查焊縫及焊縫周?chē)袩o(wú)開(kāi)裂，開(kāi)裂者判為對(duì)SSCC敏感，否則為不敏感。該試板與設(shè)備的實(shí)際焊接接頭具有類(lèi)似性，所以也可將這種試板在球罐內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)。200121301030020圖20約束焊接試板示意圖

7防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證7.1監(jiān)控7.2腐477防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證

7防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證48d氫誘導(dǎo)裂紋（HIC）試驗(yàn)HIC試驗(yàn)按NACETM－0284－87標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。將試樣加工成100×25×（δ－2）mm的試樣，將其浸泡于NACETM－01－77溶液中充氫96小時(shí)后，取出清洗干凈，用目測(cè)檢查表面氫鼓泡情況，然后將試樣沿長(zhǎng)度方向分割成4等分，用金相顯微鏡準(zhǔn)確測(cè)量3個(gè)解剖面（一個(gè)試樣有3個(gè)解剖面）上的如圖2所示的微裂紋，其中aI是一條HIC的裂紋長(zhǎng)度，bI是一條HIC的裂紋寬度。HIC的敏感性評(píng)定用裂紋敏感率（CSR）、裂紋長(zhǎng)度率（CLR）和裂紋寬度率（CTR）的百分?jǐn)?shù)表示，其表示方法為：biaiTW圖21

HIC分布形態(tài)和敏感性評(píng)定

7防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證

d氫誘導(dǎo)裂紋（HIC）試驗(yàn)biaiTW圖21HIC分497防止硫化氫應(yīng)力腐蝕失效的監(jiān)控及驗(yàn)證

e斷裂韌性試驗(yàn)?zāi)壳?，材料在空氣中的斷裂韌度測(cè)定方法已逐漸成熟[3]，金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度KIc的試驗(yàn)方法、裂紋張開(kāi)位移COD試驗(yàn)方法、利用JR阻力曲線確定金屬材料延性斷裂韌度的試驗(yàn)方法都已頒布。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，液化石油氣球罐的破裂、輸油和輸氣管道的泄漏、蒸餾塔塔壁萌生裂紋、冷凝器殼體上的裂紋等都與硫化氫應(yīng)力腐蝕有關(guān)。由于硫化氫介質(zhì)中材料斷裂韌度比空氣中斷裂韌度影響因素復(fù)雜，裂紋開(kāi)裂點(diǎn)在介質(zhì)中難以捕捉，因而測(cè)定介質(zhì)中斷裂韌度就遠(yuǎn)比空氣中斷裂韌度困難。因此，測(cè)定壓力容器用鋼硫化氫應(yīng)力腐蝕斷裂韌度KISCC，為設(shè)計(jì)、選材和失效分析提供依據(jù)是極為重要的。e斷裂韌性試驗(yàn)介質(zhì)斷裂韌度的測(cè)試方法有：①恒定載荷法；②恒定位移法；③恒定K值法。本試驗(yàn)采用恒定位移法，用改進(jìn)型WOL[4]試樣。經(jīng)研究表明，它是測(cè)定介質(zhì)斷裂韌度較好的一種試驗(yàn)方法，較之其它二種方法有以下優(yōu)點(diǎn)：一屬單試樣法，較為經(jīng)濟(jì)，二是可以放入容器內(nèi)做現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)。

f承載鑒證試件研制試樣的設(shè)計(jì)原則：采用球殼用板材和球殼焊接工藝，模擬球殼的基本應(yīng)力—一次薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力，設(shè)計(jì)制作了具有球殼材料特性和應(yīng)力特性的大型承載鑒證試件，并長(zhǎng)期置入球罐中運(yùn)行，通過(guò)對(duì)鑒證試件的定期檢測(cè)和分析為球罐的安全運(yùn)行和檢測(cè)、維修提供依據(jù)。設(shè)計(jì)和制作使試件實(shí)現(xiàn)球殼的應(yīng)力特性的技術(shù)關(guān)鍵在于使試件加上一次薄膜應(yīng)力—均勻拉伸應(yīng)力，并能長(zhǎng)期保留。g為了評(píng)估球罐用鋼在濕H2S環(huán)境下開(kāi)裂行為、特征以及影響因素，采用慢應(yīng)變拉伸試驗(yàn)方法，可以系統(tǒng)研究硫化氫濃度、焊后熱處理、Zn涂層以及材料對(duì)硫化氫環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為的影響。由低合金高強(qiáng)度鋼制造的LPG球罐，其焊接接頭部位在濕硫化氫環(huán)境下容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕，針對(duì)這一特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室