研究表明,H2S濃度對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響明顯,濕H2S引起的開裂不僅有硫化氫應(yīng)力腐蝕(SSCC),氫誘導(dǎo)(HIC)和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)及氫鼓泡(HB)等,其破壞敏感度隨H2S濃度增加而增加,在飽和濕硫化氫中達(dá)最大值。
液體介質(zhì)中硫化氫濃度對(duì)低碳鋼而言,當(dāng)溶液中H2S濃度從2PPm增加到150PPm時(shí),腐蝕速度增加較快,但只要小于50PPm,破壞時(shí)間較長(zhǎng),H2S濃度增加1600PPm時(shí),腐蝕速度迅速下降。
當(dāng)高于1600PPm ~ 2420PPm時(shí)腐蝕速度基本不變,這表明高濃度硫化氫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,即使很低的硫化氫濃度,仍能引起迅速破壞。因此在濕化氫腐蝕環(huán)境中,選擇設(shè)備的各受壓元件材料將十分重要,尤其是當(dāng)硫化氫中含有水份時(shí),決定腐蝕程度的是硫化氫分壓,而不是硫化氫的濃度。
目前國(guó)內(nèi)石化行業(yè)將0.00035Mpa(絕)作為控制值,當(dāng)氣體介質(zhì)中硫化氫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)備的硫化氫腐蝕。
從材料化學(xué)成份方面來說,鋼中影響硫化氫腐蝕的主要化學(xué)元素是錳和硫,錳元素在設(shè)備焊接過程中,產(chǎn)生馬氏體、貝氏體高強(qiáng)度,低韌性的顯微金相組織,表現(xiàn)出極高硬度,這對(duì)設(shè)備抗SSCC極為不利,硫元素則在鋼中形成MnS,F(xiàn)eS非金屬夾雜物,致使局部顯微組織疏松,在濕硫氫環(huán)境下誘發(fā)HIC或SOHIC。
故對(duì)用于濕硫化氫環(huán)境的壓力容器用鋼,其錳、硫含量及非金屬夾雜級(jí)別都應(yīng)非常注意,允許超標(biāo)。為提高鋼的抗?jié)窳蚧瘹湫阅?,法?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)用于濕硫化氫環(huán)境限制在50PPm以下,或者盡不用。
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)濕硫化氫腐蝕仍不夠理想。一般奧氏體不銹鋼不耐濕硫化氫和氯離子的應(yīng)力腐蝕。20R、Q235、20號(hào)鋼等,在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕速率比以上低合金鋼材料更快。
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