通常抗氢致开裂HIC（Hydrogen Induced Crack）主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的( 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有：16MnR(HIC),20R(HIC),SA516(HIC)。该类钢的碳当量可用
Ce=C+Mn6+(Cr+Mo+V)5+(Ni+Cu)15计算。
质保书中C：0.022，Mn：1.05，Cr：18.20，Ni：8.32材料成分大致符合不锈钢00Cr19Ni10(GBT1220—1992)主要元素成分要求。提供的是00Cr19Ni10或类似材质，应该没有太大问题。
参考资料：
关于提高提高管线钢抗HIC能力的措施
提高管线钢抗HIC能力的措施有成份设计、冶炼控制、连铸工艺、控轧控冷等四个方面。展开来说，主要有三点：
提高钢的线纯净度。采用精料及高效铁水预处理（三脱）及复合炉外精炼，达到S≤0.001%，P≤0.010%，[O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm。同时采用Ca处理。②晶粒细化。主要通过微合金化和控轧工艺使晶粒充分细化，提高成分和组织的均匀性。为此，钢水和连铸过程要电磁搅拌；连铸过程采用轻压下技术；多阶段控制轧制及强制加速冷却工艺；Tio处理，使得钢获得优良的显微组织和超细晶粒，最终组织状态是没有带状珠光体的针状铁素体或贝氏体。③昼降低含C量（C ≤0.06%），控制Mn含量，并添加Cu和Ni。从炼钢来看，宝钢、
武钢、鞍钢、攀钢、太钢等企业能生产不同等级的管线钢种，目前国内能生产X42、X52、X60、X65、X70等，X70目前在试用。管线钢国产化程度大幅度提高，产品质量有了显著的改进，产品的成份控制、强度、韧性、晶粒度、焊接性能等均已接近或达到国外同类产品的水平。
高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准
则 https://www.doczj.com/doc/3610630402.html,thread-4029-1-1.html
（作者前言）：2001年1月，中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料专家霍普金申（音译）在南京就“高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准则”做了讲座。由于国情不同和国外专家有所保留，这篇资料的有些内容不太全面。我将在写完全文以后把我自己的看法拿出来，请大家指点。
注：问----中石化各公司代表提问答----霍普金申
问1：精馏塔顶腐蚀的解决方法？
答：1.塔顶选用耐腐蚀材料。2.为了防止原油中的氯离子腐蚀，在原油中加NaOH中和；3.塔顶注入缓蚀剂。
问2：关于茂名石化精馏塔塔盘选用Monel（蒙耐尔）材料，你有什么看法？
答：日本解决的方法是用钛材，价格太高。蒙耐尔[便宜一些。另外可采用脱S的办法。原油中S含量要达到20磅千桶需要脱S。在原
油中加碱，要考虑成本。氯离子腐蚀在塔顶加合成胺，有机胺太贵。低温下主要是氯离子副食，S腐蚀反而次要。
问3：谈谈蒸馏塔的腐蚀。
答：塔处于高S高Cl状态，250℃以上Cr5Mo管子有轻度腐蚀，塔顶露点腐蚀严重，321材质发生点腐蚀和开裂，要用Monel400。问4：焦化装置顶部Cr5Mo管线腐蚀，340度时更严重，如何防腐？
答：炼制委内瑞拉油就用碳钢，炼制墨西哥油就不可以。委内瑞拉原油含S高，但为非活性S，可用CS（cardon steel即碳钢）。中东油含S也高，而且为活性S，用Cr9Mo。
问5：谈谈S腐蚀
答：二硫醚在高温下腐蚀最厉害，中东油含各种形式的S，包括噻吩、硫化氢、R-S-R等，油对CS腐蚀除与S含量有关外，还应了解S是以何种形式存在的，因为各种形式的S腐蚀性不同。
问6：噻吩高温会不会分解？
答：不会。
问7：谈谈减压塔的腐蚀
答：塔底会有S腐蚀，特别是对于含活性S高的中东油，解决炼制中东油的一个办法是用Cr9Mo.有机胺可以形成黏着力很强的膜，起到缓蚀作用，通常的方法是每天测量排气中的硫化氢，每天调节注入
胺量。总的讲，加入缓蚀剂只能减缓腐蚀，最好使用合金钢，对于长期加入缓蚀剂，也是很贵的。
问8：储罐、半成品罐等会发生FeS自燃，如何防止？
答：侧壁涂有机锌涂料，可耐温700°F，底部涂聚脂形非导电涂料，可耐温200°F。涂料寿命10年更换1次。
问9：LPG罐如何防腐？
答：无特殊的措施，定期检查裂纹，有硫化氢腐蚀开裂，用涂料没用。
问10：谈谈原油储罐底部的防腐
答：底部有盐腐蚀、沉积物腐蚀及且凸凹不平，采用涂水泥的方法，一般可用8-10年
问11：如何处理油罐底部的沉积物、渣？
答：掩埋
问12：罐底涂料耐温200°F，如何清扫？
答：不用蒸汽，是用水洗。
问13：储罐底部如何防腐？
答：弧形顶部不用防腐，内浮顶罐内浮顶用镀铝。
问14：谈谈加氢裂化反映器的堆焊层裂纹，如何保证奥氏体不锈钢在停工清洗时候的堆焊层免遭腐蚀？
答：硫化铁及连多硫酸对材料有腐蚀，处理不好有腐蚀发生，推荐用2%苏打水来清洗，碱洗时会造成不锈钢腐蚀。清洗时应从顶部到底部清洗，但目前仍无法避免腐蚀。催化剂取出后，用2%苏打水充满反映器，可以开始用2%溶液然后慢慢加到5%，处理后发现残余水的氯离子浓度仍有300ppm,控制清洗过程PH为9可有效防止腐蚀，同时要保证清洗后的溶液PH在7，小于7到4肯定有腐蚀。问15谈谈蒸馏、常减压塔的塔盘腐蚀
答首先炼制各种油用410均可。上面三层用Monel比较好。用CS 炼制中东油、低硫油均不好，原宥中有环烷酸不适合用410，要用316。常压塔内用410可以炼制各种油，减压塔的闪蒸区需要在炼制环烷酸油时，将410换成316。
问16：茂名石化加氢裂化空冷前换热器腐蚀，有何看法？
答最好将这台空冷器换成321、合金815、800等，反应器排出物会引起空冷器失效。
问17：如何防止空冷器的失效，如何检查内表面。
答检查外表面用涡流探伤。将材料换成双相不锈钢，可以同时防止应力腐蚀、硫化氢腐蚀，注意焊接顶端，会用的很好，德国用双相钢2304。
问18：循环氢中硫化氢大于20%腐蚀，分馏系统也存在腐蚀，能否加胺？
答循环氢脱硫，管材用321。
问19：循环氢脱硫一般在H2S大于多少进行？
答视工艺而定，用321，H2S大于20%也没问题。
问20：茂名石化装置中S由1%到了2%，目前在分馏塔和分馏炉内（CS）发生了腐蚀，谈谈你的看法，。
答分馏塔内1%~2%的H2S问题不大，但是分馏炉则不行。
问21：压力容器检测用荧光粉针对H2S、湿H2S环境下检查压力容器检查什么内容，周期如何？
答湿荧光粉，第一次检查无裂纹可5年每次，如果发现裂纹，则需要频繁检查。
问22：在H2S环境下，用CS材质，H2S浓度一般不超多少？
答小于50ppm，大于则要检查。
问23：低强度合金钢在H2S环境下的H2S浓度要求？
答焊后处理得好，可耐浓度高些，主要是检查焊缝，但在H2S环境下不得打硬度，不得动焊缝。
问24：硫回收装置（CS）中产生硫磺，停工时水分多，管子腐蚀，目前材料上没有更好的。只能在停工时尽量降低水的酸值，用N2保护效果不大，你们是怎么办的？
答降温前把S烧掉。把S从管线中排除，用渗铝钢也不好。
问25：硫磺装置停工用通氨保护如何？
答可能行，但是用氨吹扫会在管线内生成硫化铵沉积物。
问26：燃料油里含2%的S，露点腐蚀如何防止？
答 HUTTER用来保护烟气露点腐蚀。不停工。
问27：茂名石化露点腐蚀产物在停工时受潮，开工时又发生露点腐蚀，国外如何应对？
答在停工时马上用NaHCO3清洗来防止，而开车时温度高就不会发生露点腐蚀，一般腐蚀会发生在尾部最低点，省煤器的部位，唯一的办法是不停工，这是设计的问题。
问28：瓦斯气柜如何防腐？
答用聚脂涂料，环氧树脂。
问29：制氢装置炉管如何检测寿命？
答严格在设计的温度下运行，不可频繁开停工，这样可保证运行100000小时，建议用更好的管子，耐温高，转化率也高。H39W。问30：谈谈焦化装置的用材。
答用2 14Cr-Mo钢，有的用1%Cr大部分人希望用1%Cr。进焦碳塔的管线用CS，从炉子出来的管线用Cr9Mo,茂名石化用CS出现裂纹是正常的，国外50年前就不用了。焦碳—精馏塔用Cr9Mo，防止在温度波动时热循环造成的拉应力腐蚀。
精馏塔的热油管线用Cr9Mo、Cr5Mo。Cr9Mo700~800°F。冷油管线用CS，300~400°F。焦碳塔的出料腐蚀轻微，因为S以气体形式去了汽提。精馏塔的出料腐蚀严重，含S高，但是不足以产生H2S
应力腐蚀，因设计温度为600~700°F。H2S应力腐蚀有一个临界温度，Cr9Mo、Cr5Mo在500~600°F以上，CS在500~600°F以下。国外设计的精馏塔材质上部用CS，下部用316，塔盘用不锈钢，不用410（有环烷酸）。
Cr9Mo、Cr5Mo使用在焦碳塔—精馏塔的各段，Cr5Mo可用在低温区，而Cr9Mo可用在高温波动区，Cr9Mo的设计是保守设计。环烷酸在焦碳塔被大部分除去，塔底物去精馏塔用不锈钢。焦化系统的H2S腐蚀注入有机胺，低温处用镇静钢，用CS容易开裂。
Cr9Mo、Cr5Mo的管线其相应的泵阀也应用Cr9Mo、Cr5Mo。
问31：腐蚀调查检验的方法？
答 API、NACE都有规范，最重要的是设备，超声测厚仪。配管检测时用超声波，一般304的管子，蒸汽、水、空气线不查，350°F 的油线、冷凝水查。
检查管线时对、管线要排污绘制简图，再标记T型区等需要检测的点，标出后送检测。用超声波检测厚度时弯管要做15个点。炼制含S、环烷酸原宥有经常检测的必要。
一般在线用超声波检查壁厚，小管线用X射线，管道内壁点腐蚀用涡流检查，换热器用探针。
问32：在高温段如何使用超声检测仪？
答一般大于600°F很难用，炉子出口位置最好停工检查。温度太高时，一般不检测，如果必须检测用X射线。高温超声检测可以用到600~700°F，大于这个温度用放射性膜检测。
问33：如何看待现场腐蚀挂片？
答不推荐用。因为在设计时候就已经定好了材质，现场挂片只是验证。挂片是对缓蚀剂进行评价，最好的办法是测壁厚。
问34：如何超声检测，温度范围如何？
答油线小于350°F，不检查；大于350°F检查。对于600°F的管线不是不可检查，而是比较难。干油线小于350°F，不检查，大于则查。水管线小于350°F检查。
问35：常减压蒸馏的腐蚀？
答具有相同酸值不一定有相同的腐蚀速度，因为S的影响。常顶的腐蚀只与Cl-有关，与S无关。
问36：谈谈高温S 的起点温度？
答一般是460°F，另一个是550°F。这取决于S的状态。若是噻吩可定为550°F，因为是活性S。硫醚就有腐蚀。保守的是以460°F作为界限来预防S腐蚀。
问37：CS与Cr5Mo的换材温度是多少？
答一般是204°F。
问38，喷铝用于炉管，介绍方法及效果。
答炉管一般用不锈钢管，不用Cr5Mo，一次喷177微米，用喷铝防止起鳞
问39：高温S腐蚀与环烷酸腐蚀的相互关系？
答 S腐蚀在铁表面生成膜，可以防止环烷酸的腐蚀。含高噻吩的油，腐蚀并不如想象的厉害。原油低S时，即使环烷酸很少，腐蚀也不一定小。反之，原宥高S，高环烷酸时腐蚀也不一定小。噻吩形成的膜与二硫醚形成的膜不同。活性硫含量高腐蚀肯定大，但是酸值与总硫不是相辅相成的。
FeS能溶于环烷酸，但噻吩膜却对环烷酸有防腐作用。
问40：国外如何考察管线？
答投资成本高，维护费用低；投资成本低，维护费用高。按不同的工艺定腐蚀余量，选材。
问41：对海水冷却器，采用什么措施防腐？
答 1、若为清洁的冷却水，用铜合金，海军黄铜。
2、海水含H2S用NaClO除去H2S。
3、对于敏感的换热器用Ti材。
问42：壳程有硫化氢是否会生成氢花物？
答会65℃以下不会。规定热流温度不可大于350°F。
问43：为什么不推荐使用双相钢？
答会有Cl-腐蚀。
问44：钛换热器用在减顶冷却器发生腐蚀，是否由于PH低？
答可能是不同金属连接发生电偶腐蚀，钛换热器管子壁薄，应多设折流板以缩小跨距。
问45：中东油钒高，如何控制？
答矾都去了减压塔底，所产生的腐蚀只限于加热炉。不影响更多的流程。
问46：脱钒的方法？
答加MgO到炉子里和钒产生灰。
问47：减压塔底渣油加工会产生的腐蚀？
答不做加工，烧掉。
问48：如何防高压氢腐蚀，应力腐蚀，HIC氢致开裂？
答 1.释放应力，热处理。 2.造清洁钢或特殊钢。 3.复合钢
问49：同时存在硫化氢和氯离子，怎么办？
答硫化氢腐蚀发生在碱性溶液，氯离子在这样的环境中不腐蚀。氯离子在酸性溶液中腐蚀，而硫化氢在酸性溶液中不腐蚀。HIC大多发生在酸性条件下，在碱性条件下也发生。酸性条件下氯离子对SS有腐蚀，碱性条件下氯离子不会对316腐蚀。
问50：复合钢焊缝如何处理？
答 405复合板用309焊接，形成的不是奥氏体，因为基体是铁素体而形成双相钢，耐氯离子腐蚀，0Cr13的复合钢只用于减压塔。硫化氢高时用304、316做复合板。
问51：焊肉需要热处理吗？
答复合板的焊接有专门焊条，焊后内外分开不会出现应力开裂。问52：换热器碳钢如何消除残余应力？
答壳体热处理，管束不必。
问53：管束管板间的焊接处理是否需要热处理？
答焊接胀接都不必。在消除应力时不要使金相组织变化。
问54：原油罐、轻油罐是否要用导电涂料？
答好些，可防起火。
问55：原油罐底部有水，做了阴极保护后，是否还需要涂料？
答一般不用导电涂料，只要侧壁用就可以。采用玻璃钢密封罐底。问56：原油罐或埋地管线是否有阴极保护或牺牲阳极保护？
答在湿泥里用阴极保护。沿街的埋地管线用阴极保护。原油罐的阴极保护普遍存在，在旧罐底腐蚀掉以后，在罐底内册换新罐底，并用牺牲阳极（锌）保护罐底外侧。
问57：如何进行溶剂脱硫？如何对脱硫装置保护？
答腐蚀发生在再生罐，温度高，在重沸器用不锈钢。塔顶腐蚀严重，处于湿硫化氢状态，加缓蚀剂。再生器用304、316。从工艺角度防
腐，材料用合金钢。加缓蚀机。管线大多用CS，高温区用SS，异种钢焊接用法兰。再生罐顶用SS、304，外壳为钛材。壳体是CS、SS 复合板。管线用CS加缓蚀机。
问58：再生罐底是否有MEA的腐蚀？
答管线是CS，MEA对CS 腐蚀。但塔底的腐蚀可能是H2S或CO2 问59：裂纹如何修复？
答对钢进行预计加热，再焊接母材，母材是CS，用SS焊接。但是不经过热处理会再次开裂。
问60：再生罐底用CS，消除应力控制温度即可，现在用304（侧壁）是什么原因？
答吸收塔是CS，焊后热处理消除应力即可。再生塔用304是为防止进入的硫化氢、CO2、有机酸的腐蚀，主要是CO2。在顶部的腐蚀。
问61：发现什么情况认为管线不可再用？
答保守的方法是比例：剩余12~13，判定报废。
问62：国外轻石脑油如何储存？
答不用球罐，用浮顶罐。
问63：微量硫化氢会造成球罐产生裂纹吗？
答热处理过的球罐再存液化气是，对S含量要求小于50ppm。否则要用涂料。
问64：球罐的大型化？
答 8000方要用合金钢的话，强度高，应力水平高。对H2S的风险大，尽量不用。
问65：国外的大型储罐如何？
答用CS，容积一般很小。
问66：3Cr1Mo和2 14Cr1Mo钢的区别
答前者是日本钢，用于壁厚重量轻的场合，焦碳装置，焊接后进行修复困难。后者为法国钢。都可用在加氢反应，加V后，抗氢的能力提高，但氢容量提高对焊接不好。
问67：蒸馏的一脱三注中，注入MEA比氨好，但腐蚀严重，为什么？答有机胺溶于水，因此比氨好。初始冷凝时对CS有保护。MEA本身对CS腐蚀不厉害。在含硫化氢、CO2切温度高时容易分解，其分解产物乙二胺造成强腐蚀。
问68：LNG在-160℃时候的选材建议？
答低温下选用Al、9%Ni、304。应考虑由于LNG造成的收缩、膨胀。
问70：中石化在炼制高S原油时推荐复合板，你有何看法？
答的确大量使用复合板，如在反应器的出口存在316的连多硫酸腐蚀，就必须用复合板。
问71：加氢脱硫、加氢精制中S高处的用材如何？
答用321不锈钢，复合板。氢分压高用1 14Cr,氢分压不高用CS。问72：谈谈渗铝钢的应用
答只用在炉管、加氢脱硫、炉子的闪蒸段，用Cr5Mo的渗铝钢代替304SS。
问73：321+CS、410（405）+CS两种复合板做罐体哪个好？
答 405用在高温区防S腐蚀，如蒸馏塔高温的S腐蚀。321耐低温，405对连多硫酸不敏感，321敏感。低温405对点蚀敏感，奥氏体钢对连多硫酸敏感。
问74：Monel价格高，可不可以用316双相钢代替精馏塔顶用材？答奥氏体不锈钢在精馏塔顶（常减压）有开裂、点蚀，还是用Monel、钛材。
问75：Cr9Mo焊接困难，如何焊接？Cr5Mo与SS、16Mn、Cr9Mo 焊接可否用SS？
答不难！
问76：Cr5Mo的渗铝性能是否接近Cr9Mo？
答高温下用Cr5Mo的渗铝钢好，焊接时用的材料在焊好后也要渗。对Cr5Mo的渗铝钢管可以先堆焊再渗，也可以堆焊渗再焊，类似不锈钢的焊接，焊材可以选用SS但是会导致氯离子连多硫酸的开裂。。用309、SS焊接后可形成双相钢。
问77：高温下使用是否会因为膨胀系数不同产生开裂？
答用309可以将膨胀问题降到最底，最好Cr5Mo用Cr5Mo焊条，焊后热处理。
问78：谈谈国外CS热浸镀Al技术的应用？
答不用在海水换热器，有点腐蚀。
问79：谈谈CF（high stress steel）钢制LPG球罐的经验。
答一般不用，用的话要热处理。
问80：催化分馏塔用整体SS321，停工时是否需要整体碱洗？
答需要，可以防止连多硫酸开裂及FeS的形成。
问81：减压塔内的抽空器穿孔腐蚀？
答最好用Monel，加化学试剂对塔内件不好。
问82：S回收装置的烟囱腐蚀穿孔？
答一直保持高温，如通蒸汽，以防水冷凝，可用ND钢，310SS，Ni基合金。
问83：H2S、SO2、S共存时候的腐蚀？
答在S回收装置用CS，唯一的办法是使装置温度高。停工前，把所有S除去再冷却，要避免使用蒸汽。进口的S装置在停工前，燃烧使S烧掉。
问84：脱盐的考核指标？
答原油含盐量大于20磅钱桶，脱至3~5ppd，通常一次脱5ppd，二次可达3ppd，脱后含水量低，不做控制。
问85：委内瑞拉、中东瘤的形式？
答委内瑞拉硫主要是噻吩，中东硫有噻吩、硫醚、二硫醚等。
问86：中金属含量高的中东油对催化剂的中毒如何处理？
答参见Corr97、p502资料。
问87：硫醚的性质如何？
答硫醚是活性硫。
问88：炼制委内瑞拉油的常、减压塔顶用材？
答 CS。
问89：加氢装置硫化氢腐蚀开裂和氢鼓泡的重点部位？
答在硫化氢和水共存的部位都发生湿硫化氢应力腐蚀。
问90：是否在PH5时才会发生硫化氢应力腐蚀？
答不是，在PH的任何范围内都会发生应力腐蚀。加氢裂化注胺，PH9~12仍会发生硫化氢应力腐蚀，这是H2S和Cl-对奥氏体的破坏，不依赖于PH ，但有时在开裂尖端的PH小于7。
问91：谈谈16Mn钢的使用。
答用在硫化氢的环境下，钢中夹带S容易导致硫化氢开裂。
问92：停工时连多硫酸的快速检测？
答查裂纹用渗透剂、超声波。查连多硫酸，沿晶开裂的为连多硫酸腐蚀，穿晶开裂的为氯离子腐蚀。停工时焊缝处极易产生连多硫酸。有H2S、表面有FeS遇水出现连多硫酸。
问93：中和清洗为何只要求在加氢进行？
答加氢精致生成FeS，有连多硫酸腐蚀，别的装置如常减压不多。FCC是不锈钢的旋风分离器，制氢不含S没有连多硫酸。
问94：管线顶点测厚布点图？
答大小头，一般设在沿介质流向的小径端；弯头，设在介质流向的后方和接管。三通，设在流向正面和两侧。
应力腐蚀断裂精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、或在静(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有 害物质浓度往往很低，如大气中微量的H 2S和NH 3 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
硫化氢（H2S）的特性及来源 1.硫化氢的特性 硫化氢的分子量为34.08，密度为1.539mg/m3。而且是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。 H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，如在1大气压下，30℃水溶液中H2S饱和浓度大约是300mg/L，溶液的pH值约是4。 H2S不仅对人体的健康和生命安全有很大的危害性，而且它对钢材也具有强烈的腐蚀性，对石油、石化工业装备的安全运转存在很大的潜在危险。 2.石油工业中的来源 油气中硫化氢的来源除了来自地层以外，滋长的硫酸盐还原菌转化地层中和化学添加剂中的硫酸盐时，也会释放出硫化氢。。 3.石化工业中的来源 石油加工过程中的硫化氢主要来源于含硫原油中的有机硫化物如硫醇和硫醚等，这些有机硫化物在原油加工过程进行中受热会转化分解出相应的硫化氢。 干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性。 硫化氢腐蚀机理 1.湿硫化氢环境的定义 (1)国际上湿硫化氢环境的定义 美国腐蚀工程师协会（NACE）的MR0175-97“油田设备抗硫化物应力开裂金属材料”标准: ⑴ 酸性气体系统：气体总压≥0.4MPa，并且H2S分压≥ 0.0003MPa； ⑵ 酸性多相系统：当处理的原油中有两相或三相介质（油、水、气）时，条件可放宽为：气相总压≥1.8MPa且H2S分压≥0.0003MPa；当气相压力≤1.8MPa且H2S分压≥0.07MPa；或气相H2S含量超过15%。(2)国内湿硫化氢环境的定义 “在同时存在水和硫化氢的环境中，当硫化氢分压大于或等于0.00035 MPa时，或在同时存在水和硫化氢的液化石油气中，当液相的硫化氢含量大于或等于10×10-6时，则称为湿硫化氢环境”。 (3)硫化氢的电离 在湿硫化氢环境中，硫化氢会发生电离，使水具有酸性，硫化氢在水中的离解反应式为：
腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系 河南邦信防腐材料有限公司 2017年3月整理
尽管腐蚀疲劳和腐蚀开裂在许多不同的情况下都可能发生，但是在某种程度上，它们被认为具有很大的相关性。当这两者同时发生时，会在许多行业内造成不可估量的经济损失。 近一个世纪以来，工程材料（主要是金属材料）的腐蚀疲劳已成为全球最重要的研究主题之一。第一次世界大战期间，这种腐蚀疲劳失效现象首先是在英国皇家海军某个设备的电缆中观察到的。如今，腐蚀疲劳已被认为是研究最为广泛的腐蚀失效类型之一。而自1960年代初以来，应力腐蚀开裂（SCC）也逐渐引起了人们的广泛关注。尽管在许多不同情况下腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会单独发生，但它们仍然被认为具有很大的相关性。众所周知，当这两种现象同时发生时，会在许多行业中导致设备失效并带来巨大的经济损失。这些失效都是突发性的和灾难性的，是近年来人们进行广泛的科学和工程研究的重要主题。但是，要了解腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂如何相互作用，必须首先了解每种腐蚀类型涉及的机理。 什么是应力腐蚀开裂？ 应力腐蚀开裂（SCC）被定义为由于机械应力和腐蚀的相互作用而发生的开裂现象。造成应力腐蚀开裂有很多因素，但与其中任何一种单独作用的因素相比，腐蚀性环境这一因素在材料中引起的应力产生的破坏一般更大。尽管SCC最常见于金属中，但它也可以存在于一些其他材料中，例如聚合物和玻璃等。 SCC带来的结果通常被认为是灾难性的，因为材料的强度会因此发生降低，随后材料的结构也可能发生破坏。 通常情况下，细微的腐蚀裂纹仅在材料的晶界处形成，而其余的区域则不受破坏。因此，在临时检查中通常很难检测到SCC损伤现象，并且不容易预测损伤的程度。 导致SCC进一步发展的原因之一是某些金属的晶界缺乏钝性。由于杂质在这些位置的偏析现象改变了材料的微观结构，使材料的表面钝化难以在边界界面处发生。
管道的应力腐蚀断裂参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月 管道的应力腐蚀断裂参考文本
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关注碱性应力腐蚀开裂 碱溶液中的腐蚀 在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。 一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。 合金抗碱溶液腐蚀的能力 碳钢和低合金钢 任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。 铁素体不锈钢 高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊 接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用 于压力容器。 奥氏体不锈钢 研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度 和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀 开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100° C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮 廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。 300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能 会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察 到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。 对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不 锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。 双相不锈钢 双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的 能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具 有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金， 抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205 不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。 高含镍量的奥氏体不锈钢 高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利 和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合 金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。 镍合金 在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀 是材料、或在静 （主要是拉应力 ）和腐蚀的共同作用下产生的失效现 象。 它常出现于用钢、黄铜、高强度铝合金和中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧 急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜 被腐蚀而受 到破坏 , 破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极 , 阳极处的金属 成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电 流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹， 裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还 能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应 力腐蚀， 不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合 避免使用对应力腐蚀敏感的材料 , 可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 加工，制造，热处理 引起的内应力。 装配，安装形成的内应力。 温差引起的热应力。 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要 的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开 裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金 可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物 质浓度往往很低，如大气中微量的 H 2S 和NH 可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。 空气中少量NH 是鼻子嗅不到 而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响 理选材， 如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构 件，减 少。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。 采用金属或 非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见也 可减小或停止应力 腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究， 并分析比较应力腐蚀断裂 其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的 测试方法与本文中重点分析之处 结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1． 2． 3 ． 4 ．
通常抗氢致开裂HIC（Hydrogen Induced Crack）主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的( 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有：16MnR(HIC),20R(HIC),SA516(HIC)。该类钢的碳当量可用 Ce=C+Mn6+(Cr+Mo+V)5+(Ni+Cu)15计算。 质保书中C：0.022，Mn：1.05，Cr：18.20，Ni：8.32材料成分大致符合不锈钢00Cr19Ni10(GBT1220—1992)主要元素成分要求。提供的是00Cr19Ni10或类似材质，应该没有太大问题。 参考资料： 关于提高提高管线钢抗HIC能力的措施 提高管线钢抗HIC能力的措施有成份设计、冶炼控制、连铸工艺、控轧控冷等四个方面。展开来说，主要有三点： 提高钢的线纯净度。采用精料及高效铁水预处理（三脱）及复合炉外精炼，达到S≤0.001%，P≤0.010%，[O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm。同时采用Ca处理。②晶粒细化。主要通过微合金化和控轧工艺使晶粒充分细化，提高成分和组织的均匀性。为此，钢水和连铸过程要电磁搅拌；连铸过程采用轻压下技术；多阶段控制轧制及强制加速冷却工艺；Tio处理，使得钢获得优良的显微组织和超细晶粒，最终组织状态是没有带状珠光体的针状铁素体或贝氏体。③昼降低含C量（C ≤0.06%），控制Mn含量，并添加Cu和Ni。从炼钢来看，宝钢、
武钢、鞍钢、攀钢、太钢等企业能生产不同等级的管线钢种，目前国内能生产X42、X52、X60、X65、X70等，X70目前在试用。管线钢国产化程度大幅度提高，产品质量有了显著的改进，产品的成份控制、强度、韧性、晶粒度、焊接性能等均已接近或达到国外同类产品的水平。 高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准 则 https://www.doczj.com/doc/3610630402.html,thread-4029-1-1.html （作者前言）：2001年1月，中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料专家霍普金申（音译）在南京就“高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准则”做了讲座。由于国情不同和国外专家有所保留，这篇资料的有些内容不太全面。我将在写完全文以后把我自己的看法拿出来，请大家指点。 注：问----中石化各公司代表提问答----霍普金申 问1：精馏塔顶腐蚀的解决方法？ 答：1.塔顶选用耐腐蚀材料。2.为了防止原油中的氯离子腐蚀，在原油中加NaOH中和；3.塔顶注入缓蚀剂。 问2：关于茂名石化精馏塔塔盘选用Monel（蒙耐尔）材料，你有什么看法？ 答：日本解决的方法是用钛材，价格太高。蒙耐尔[便宜一些。另外可采用脱S的办法。原油中S含量要达到20磅千桶需要脱S。在原
管道的应力腐蚀断裂 四川省的天然气管线由于介质未处理好，在被输送的天然气中 H2S大大超过规定的含量，曾发生多次爆破事故。 据国外文献介绍，美国 1955 年第一次发生由于氢脆而产生的氢应力破坏，六十年代出现了其他形式的应力腐蚀断裂，以后随着时间的延续，这类破坏事故越来越多，而应力腐蚀断裂也越 来越多地为管道工作者所关注，并成为研究的课题。 应力腐蚀断裂简称为SCC，这系由英文名词StressCorrosionCracKing而来的，其定义为：在应力和介质联 合作用下，裂纹的形成和扩展的过程叫做应力腐蚀，由于应力腐蚀而产生的断裂称为应力腐蚀断裂。 当原始缺陷的长度2a 小时临界裂纹长度2ac 时，管线是不会断裂的，但由于疲劳或( 和 ) 环境的作用，裂纹长度可以增长，当原始缺陷长度逐渐增长，最后达到2ac 时，则管道产生断裂。这里只将讨论后者，即在环境和应力相互作用下引起的应力腐蚀 断裂。一、应力腐蚀的机理 为说明应力腐蚀需先简单的介绍腐蚀反应。大家知道，钢铁 放在潮湿的空气中，就会生锈，锈不断脱落，就会导致截面减小 和重量减轻，这称为钢铁受到了腐蚀。腐蚀是一种电化学过程， 它又可分为阳极过程和阴极过程，这二者是共存的。 金属原子是由带正电的金属离子，对钢来说，就是二价的铁离子 F2+和周围带负电的电子云 ( 用 e- 来表示）构成的，如下所
示： Fe→ Fe2++2e-上式是一个可逆反应。当铁遇到水，铁离子Fe2+ 和水化合的倾向比 Fe2+与 e- 结合成金属的倾向还要强，因此金 属铁遇到水后就会发生如下反应： 上式放出电子e- ，故称为阳极反应。 阳极反应所放出的电子必须通过阴极过程( 即吸收电子的过 程) 被取走，式的反应才能继续存在，否则该式将是可逆的。 一种常见吸收电子的阴极过程是吸氧过程，见下式： O2+2H2O+4e→- 4OH-氢氧根 OH-和铁离子F e2+结合，就会产生铁锈，即 Fe2O3 2Fe2++60H-→ Fe2O3·3H2O综合阳极过程和阴极过程，即联合上两式，可写出下式： 4Fe+nH2O+3O2→ 2Fe2O3·nH2O 由上式可以看出，钢管生锈的条件为第一要接触水( 或潮湿的空气 ) ，第二要接触空气，以提供 O2前者是阳极过程，后者是阴极过程。 实验表明，和腐蚀介质相接触的阳极金属介面上会形成一层 致密的复层，即纯化膜，它能阻碍阳极金属进一步溶解。但金属
硫化氢腐蚀的影响因素 1.材料因素 在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显着，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。 ⑴ 显微组织 对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高: 铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。 注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。 (2) 强度和硬度 随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。 材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。 油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。 ⑶ 合金元素及热处理 有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti 碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。 镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。 铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。 钼(Mo)：钼含量≤3％时，对钢在硫化氢介质中的承载能力的影响不大。
/ 实验教学 / - 131 - 2013年2月下 第06期（总第300期） 10.3969/j.issn.1671-489X.2013.06.131 金属材料应力腐蚀裂纹的探讨 陶勇 四川建筑职业技术学院 四川德阳 618000 摘 要 金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施以防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行探究。关键词 金属材料；应力腐蚀；裂纹 中图分类号：T G111.91 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2013)06-0131-02Discussion of Metal Material Stress Corrosion Crack //Tao Yong Abstract Corrosion means the process which metal is damaged by the environmental medium through chemical and electrochemical action. According to the actual project situation, with the help of the study of stress corrosion crack issues, we have explored the methods about how to deal with such problems effectively and prevent the crack in the design.Key words Metal material; stress corrosion; crack 1 应力腐蚀概论 应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。1.1 金属材料应力腐蚀裂纹 金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。1.2 氢脆理论 依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。 金属材料并非是在各种腐蚀环境中均出现应力腐蚀裂纹。不同的金属材料的应力腐蚀均需一定的腐蚀环境。因各金属材料适用范围的逐渐扩大，腐蚀环境的类型也呈现数量 增加的趋势[1]。 2 金属材料发生应力腐蚀的特征 通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，可从4个方面来加以说明。2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力 只有处于应力（特别是拉应力）的状态下，才会发生应力腐蚀裂纹。发生应力腐蚀的应力属于其中的静态部分，它既可能是外加载荷或者装配力（包括拧螺栓、胀接力等）引发的应力，也可能是构件在制造、热处理、焊接等加工阶段中发生的内应力。不论来源怎样，造成应力腐蚀裂纹的应力一定包含拉伸应力的成分，压缩应力是不能引发应力腐蚀裂纹的。而且，此种应力往往是很轻微的，若不是在腐蚀环境条件中，此弱小的应力是不能够让构件产生机械性破坏的。促成破坏的应力值要依据材料、腐蚀介质等实际情况来定[2]。2.2 促成一定金属材料产生应力腐蚀的环境介质是特定的 发生应力腐蚀的材料与介质并非任意的，只在两者处于某种组合时才能产生应力腐蚀。引发一般钢应力腐蚀的腐蚀介质包括的溶液有：氢氧化物；含有硝酸、碳酸盐、硫化氢的水；海水，硫酸与硝酸混合；融化的锌、锂；热状态的三氯化铁；液体氨。引发奥氏体不锈钢应力腐蚀介质包括的溶液有：具有酸性、中性的氯化物；海水；热融的氯化物；热状态的氟化物、氢氧化物[3]。2.3 金属材料 通常极纯的金属不会发生应力腐蚀破坏，只是处于合金或者包含杂质的金属中才能够产生。因为金属材料与腐蚀环境互相作用的状况不尽相同，金属材料应力腐蚀裂纹也都不尽相同。裂纹或沿晶粒边缘发生；或延伸到晶粒内部而又明显分枝；裂纹或与晶粒边缘、晶粒内部都没有关系。2.4 破坏过程 金属材料应力腐蚀裂纹，往往在没有意料的状况下突然 （下转P134）
应力腐蚀 （一）应力腐蚀现象 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。 3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 常见合金的应力腐蚀介质： 碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。 马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸
应力腐蚀断裂 一．概述 应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显着。 常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。 应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。 二．应力腐蚀开裂特征 （1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是： 1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2．加工，制造，热处理引起的内应力。 3．装配，安装形成的内应力。 4．温差引起的热应力。 5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。 （2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。 一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即
硫化物应力腐蚀破裂的特点 在H2S腐蚀引起的破坏中，应力腐蚀破裂占很大比例，造成的破坏也最大。在天然气、石油钻采中出现油气管、套管、阀门等硫化物应力腐蚀破裂（以下称SSCC）事故调查中，发现SSCC具有许多特点： （1）在比预想低得多的载荷下断裂； （2）一般材料经短暂暴露后就出现破坏，以一星期到三个月的情况为多。但也有例外，例如合金钢制的气体钢瓶发生SSCC所经历的时间从开始充气后的24小时至5年； （3） SSCC的发生一般很难预测，事故往往是突发性的； （4）材料呈脆性断状态，断口平整； （5）碳钢和低合金钢断口上明显地覆盖着硫化物腐蚀产物，而不锈钢表面及断口往往无明显腐蚀迹象，腐蚀产物极少； （6）破裂源通常位于薄弱部位，这些部位包括应力集中点、机械伤痕（如刻痕、铲痕、打硬度痕迹等）、蚀孔、蚀坑、焊接热影响区、焊缝缺陷、冷加工、淬硬组织等； （7）裂纹粗，无分枝或少分支，多为穿晶型，也有晶间型或混和型； （8）对材料的强度与硬度依赖性很强，高强度、高硬度的材料对SSCC十分敏感；（9）未回火马氏体组织对SSCC特别敏感。 硫化氢腐蚀的影响因素 1.材料因素 在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。 ⑴显微组织 对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高: 铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。 注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。 (2) 强度和硬度
用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法（等同采用ASTM G139-05(R2011)）（中文翻译版） 编制: 日期: 审核: 日期: 批准: 日期: 修订历史 修订序号对应的条号修订内容修改人批准人日期
1. 目的Purpose 本标准试验方法涵盖了通过断裂荷载试验方法评估抗应力腐蚀开裂（SCC）性的程序，该方法使用剩余强度作为损伤演化（在这种情况下为环境辅助开裂）的测量方法。包括试样类型和复制、试验环境、应力水平、暴露时间、最终强度测定和原始残余强度数据的统计分析。 2. 范围Scope 本标准试验方法适用于热处理铝合金，即2XXX合金和7XXX，含1.2%至3.0%铜，且试样的取向与晶粒结构相关，横向较短。然而，用于分析数据的残余强度测量和统计数据并非针对可热处理铝合金，可用于其他试样取向和不同类型的材料。 3. 职责Responsibility 程序执行：实验室授权制样人员 程序监督：实验室技术负责人及相关责任人 4. 原理Principle 4.1本试验方法描述了使用暴露于腐蚀环境后的残余强度评估热处理铝合金产品形式（如板材、板材、挤压件、锻件和棒材）的应力腐蚀开裂敏感性的程序。这些产品通常在板材的长横方向、板材、挤压件和锻件的短横方向以及棒材和棒材的横方向上最易发生应力腐蚀开裂。在本试验中，根据规程G49制备的拉伸钢筋或直接拉伸板试样暴露于3.5重量%的氯化钠水溶液（规程G44）中，在其失效前移除，并进行拉伸试验，以确定已发生的腐蚀损伤量。然后计算平均剩余强度，并使用Box-Cox变换对结果进行统计分析。 4.2该程序要求暴露无应力试样，用于排除点蚀、晶间腐蚀和一般腐蚀的影响。这些现象会降低残余强度，但不
H．7硫化物应力腐蚀开裂（SSC） H.7.1概述 对SCC的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关，这主要与pH值和水中的H2S含量这两个环境因素有关。典型地，人们发现钢中的氢溶解量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值较低和较高的溶液中较高。在较低pH值中的腐蚀原因是因为H2S，反之在高pH值中腐蚀是因为高浓度的二价硫离子。若高pH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。目前已知钢材对SCC的敏感性随H2S含量（例如H2S在气相中的分压，或液相中的H2S含量）的增加而增大。H2S含量为1ppm这样小浓度的水中也发现对SCC有敏感性。 对SCC的敏感性主要与材料两种物理参数有关硬度和应力水平。随着硬度的增加钢对SCC的敏感性也增加。通常对用于湿硫化氢环境的碳钢压力容器和管道不考虑SCC，因为它们具有较低的硬度（强度）。然而，焊接后的焊缝熔合区和热影响区具有高的残余应力。高的残余拉应力与焊缝结合增加了钢对SCC的敏感性。焊后热处理能够有效地减少残余应力，焊缝熔合区和热影响区的回火（软化）处理也有同样的效果。对每英寸厚度在大约1150℉（621℃）下保温一小时（最少一小时）的热处理方法被证明是一种对碳钢有效的防止腐蚀性开裂的消除应力热处理方法。对低合金钢有时需要更高的温度。控制硬度和减少残余应力被认为是防止SCC的方法，在NACE RP 0472中有详细描叙。 H.7.2基础数据 表H-8中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管线对硫化物应力腐蚀开裂敏感性所需的基础数据。如果无法确定准确的工艺参数，则需咨询知识丰富的工艺工程师来进行预测。 H.7.3确定环境苛刻度 如果没有水存在，则认为设备和管线对SCC没有敏感性。如果有水存在，则用从表H-8中得出的有关水中的H2S含量和它的pH值的基础数据再从表H-9中估计环境苛刻度（潜在的氢溶解量）。 H.7.4确定对SCC的敏感性 用在表H-9中确定的环境苛刻度以及在表H-8中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后热处理的基础数据，从表H-10中确定对SCC的敏感性。按图H-5中流程来确定硫化物应力腐蚀的敏感性。
吉林省松原石油化工股份有限公司（简称“松原石化”）始建于1970年。40多年来几经扩能和技术改造，将原来2万t/a简单再生产的燃料型企业建成原油加工能力50万t/a的化工燃料型企业。 2011年11月6日23时55分许，松原石化位于气体分馏装置冷换框架一层平台最北侧的脱乙烷塔顶回流罐，突然发生爆炸，罐体西侧封头母材在焊缝附近不规则断裂，导致封头85%的部分从安装地点沿西北方向飞出190 m，落至成品油泵房砖砌围墙处，围墙被砸倒约4 m2，碰撞产生的冲击波将泵房所有玻璃击碎。其余罐体连同鞍座支架在巨大的反作用力作用下，挣断与平台的焊接，向东飞行80 m，从二套催化裂化装置操作室及循环水泵房房顶掠过，将操作室顶棚和部分墙体刮塌，将循环水泵房东侧管带处房顶砸塌5 m2左右。罐体爆炸后，罐内介质（乙烷与丙烷的液态混合物）四处喷溅、气化，并在空气中扩散、弥漫，与空气中的氧气充分混合达到爆炸极限，间隔12s后，遇明火发生闪爆。 经过事故损失情况统计，此次爆炸事故造成4人死亡，1人重伤，6人轻伤，直接经济损失869万元。 事故直接原因 事故发生后，调查组在原始记录、现场勘查资料、调查问询情况的基础上，进行了一系列理论计算、分析论证。通过分布式控制系统数据，排除了此次事故是由操作因素导致爆炸的可能性;通过现场监控录像等，排除了因介质大量泄漏发生火灾引发爆炸的可能性;该罐未从焊缝处开裂，排除了焊接质量问题导致爆炸的可能性;通过强度核算，排除了罐体封头厚度不够原因造成爆炸的可能性;通过钢材质量报告单，排除了母材原始成份超标导致爆炸的可能性;从色谱分析台账看出，介质中硫化氢含量时有超标，从断口上观察，裂纹扩展区断口平齐，是典型的应力开裂裂纹，另外，裂口与主应力方向垂直。 综合上述分析得出结论，事故的直接原因是因硫化氢应力腐蚀导致回流罐破裂引起。具体讲，是由于硫化氢应力腐蚀造成回流罐筒体封头产生微裂纹，微裂纹不断扩展，致使罐体封头在焊缝附近热影响区发生微小破裂，导致介质小量泄漏，10 min内罐内压力下降了0.037 mpa，随着微小裂口的发展增大，使罐体封头强度急剧减弱，在23时55分，罐体封头突然整体断裂，首先发生物理爆炸，罐内3t介质全部外泄，迅速挥发，变成气体与空气混合达到爆炸极限，12s后遇明火发生闪爆（物理爆炸）。 硫化氢应力腐蚀理论分析 该公司气体分馏装置在2004年11月建成投产后，没有有效的脱硫手段，一套催化裂化装置与二套催化裂化装置所产生的液态烃只配套有碱洗系统，脱硫效果一直不佳，直至2009年末，20万t/a脱硫醇装置才建成投入使用。从化验分析报告单看出，2009年末之前，硫化氢含量时有超标现象（经常超过10ppm[ppm为1×10-6]以上，甚至达到1 500ppm）。 从理论上分析，液态烃在含有微量水的情况下，可溶解于水，形成湿环境，发生电离反应，使水呈弱酸性。硫化氢在水中电离出氢离子，在0℃～65℃温度范围内，生成氢气。原子半径极小的氢原子在压力作用下渗入钢的晶格内部，并融入晶界间，融入晶格中的氢有很强的游离性，在一定条件下将导致材料的脆化（氢脆）和氢致开裂（管材在含硫化氢等酸性环境中，因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生的裂纹称为为氢致开裂），在晶格等处形成很大的应力集中，超过晶界处强度后生成微裂纹，并随运行时间的延长，逐步扩展。 2011年11月9日，吉林油田公司特种设备检测中心对事故罐封头进行了超声波测厚检测，检测发现大量分层现象;松原市质量技术监督局对该罐封头及筒体进行了超声波测厚检测，也证实了这一点，并且测出分层倾角最大为10.2°，初步判定封头测点处存在分层;同时，事故调查组从封头上取样0.04 m2进行微观金相试验，进一步证实存有大量分层现象，从金相分析看，不排除母材有原始分层现象，金属分层现象是硫化氢应力腐蚀的重要影响因素。