内容发布更新时间 : 2024/11/15 9:30:54星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

抗硫性能 良好 较好 不好 不好

化学成分 钢材的化学成分对其抗SSC的影响迄今尚无一致的看法。但一般认为在碳钢和低合金钢中，镍、锰、硫、磷为有害元素。镍已被普遍认为是一种不利于防止SSC的元素。含镍钢即使硬度低于HRC22，其抗SSC性能仍很差。NACE MR0175和SY/T 0599—1998都规定抗SSC的碳钢和低合金钢含镍量不能大于1%。

锰是一种易偏析的元素。当偏析区Mn、C含量一旦达到一定比例时，极易在热轧或焊后冷却过程中，产生对SSC极为敏感的马氏体组织、贝氏体组织，而成为SSC的起源。对于碳钢一般限制锰含量小于1.6%。近年来大量的研究表明，适当提高Mn/C比对改善钢材的抗SSC性能是有益的。

硫和磷几乎一致被认为是有害的元素，它们具有很强的偏析倾向，易在晶界上聚集，对以沿晶方式出现的SSC起促进作用。锰和硫生成的硫化锰夹杂是SSC最可能成核的位置。

冷变形 经冷轧制、冷锻、冷弯或其他制造工艺以及机械咬伤等产生的冷变形，其不仅使冷变形区的硬度增大，而且还产生一个很大的残余应力，有时可高达钢材的屈服强度，从而导致对SSC敏感。管材随着冷加工变形量(冷轧面缩率)的增加，硬度增大，Sc值下降，表明SSC敏感性增大。因此，NACE MR0175和SY/T 0599—1998对抗SSC钢材的冷加工量都作了明确规定。例如对于铁基金属，当其因冷变形导致的纤维性永久变形量大于5%时，必须进行高温消除应力热处理，使其最大硬度不超过HRC22；对于ASTM A53B级、ASTM A106B级、API SLX-42级或化学成分类似的低强度钢管及其配件，当其冷变形量等于或小于15%时，变形区硬度不超过190HB时是容许的。

夹杂缺陷 碳钢和低合金钢中的夹杂，通常是硫化物应力腐蚀破裂脆断的起点，氢原子聚集在此形成断裂源，如钢材中的MnS夹杂。

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c. 力学因素

应力大小 拉应力越大，断裂时间越短，随着应力的增加，氢的渗透率增加。同时钢材获得阳极活化能越大，因此，裂纹的萌生和扩展速度增大。钢材对硫化氢敏感也会在低应力下发生破坏。

焊接残余应力 焊接产生组织、成分、应力一系列不均匀性。在焊缝和热影响区应力分布不均，产生残余应力，由于成分不均亦会形成对氢敏感的显微组织，成为脆性破坏的断裂源。

(3) 氢诱发裂纹

① 氢致开裂的特点。在含H：s酸性油气田上，氢致开裂(HIC)常见于具有抗SSC性能的，延展性较好的低、中强度管线用钢和容器用钢上。

HIC是一组平行于轧制面，沿着轧制向的裂纹。它可以在没有外加拉伸应力的情况下出现，也不受钢级的影响。HIC在钢内可以是单个直裂纹，也可以是阶梯状裂纹，还包括钢表面的氢鼓泡。钢表面的氢鼓泡常呈椭圆形，长轴方向与轧制向一致，钢内的HIC也可视为被约束的氢鼓泡。氢鼓泡的表面通常发生开裂。

HIC极易起源于呈梭形，两端尖锐的MnS夹杂部位，并沿着碳、锰和磷元素偏析的异常组织扩展，也可产生于带状珠光体，沿带状珠光体和铁素体间的相界扩展。

HIC作为一种缺陷存在于钢中，对使用性能的影响至今尚无统一的认识。大量的研究和现场实践表明，这种不需外力生成的HIC可视为一组平行于轧制面的面缺陷。它对钢材的常规强度指标影响不大，但对韧性指标有影响，会使钢材的脆性倾向增大。对H2S环境断裂而言，具有决定意义的是材料的SSC敏感性，因此，通常认为抗SSC的设备、管材等夹带HIC运行不失安全性。但HIC的存在仍有一定的潜在危险性，HIC一旦沿阶梯状贯穿裂纹方向发展，将导致构件承载能力下降。当然这一般需要时间。对强度日益增高的管线用钢，HIC往往是其发生SSC的起裂源，于是研制抗HIC输送管是十分必要的。

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② 影响HIC的因素。研究资料表明，钢材发生HIC可以用能够独立测定的两个因素Co和Cth来论述。Co为钢材从环境中吸收的氢含量，Cth为钢材萌生裂纹所需的最小氢含量。当Co＞Cth时就会发生HIC。Co和Cth值随钢种和环境而异，其主要影响因素见图5-1-8。

a. 环境因素

H2S浓度 硫化氢浓度越高，则HIC的敏感性越大。发生HIC的临界H2S分压随钢种而异，研究表明，对于低强度碳钢一般为0.002MPa；加入微量Cu后可升至0.006MPa；经Ca处理的可达到0.15MPa。

pH 研究表明，当pH在1～6范围内，HIC的敏感性随着pH的增加而下降，当pH大于5时则不发生HIC。

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CO2 CO2溶于水形成碳酸，释放出氢离子，于是降低环境的pH，从而增大HIC的敏感性。

Cl- 有研究资料表明，在pH为3.5～4.5时，Cl-的存在使腐蚀速度增加，HIC敏感性也随之增大。

温度HIC敏感性最大的温度约24℃，当温度高于24%后，随着温度的升高HIC的敏感性下降。当温度低于24℃时，HIC敏感性随着温度的升高而增大。

b. 材料因素

显微组织热力学平衡而稳定的细晶粒组织是抗HIC理想的组织。对中、低强度管线用钢和容器用钢而言，HIC易出现于带状珠光体组织及板厚中心C、Mn、P等元素偏析区的硬显微组织。

化学成分研究表明，含碳量为0.05%～0.15%的热轧钢，当含锰量超过1.0%时，HIC敏感性突然增大；而低碳(小于0.05%)的热轧钢，在锰含量达到2.0%时仍具有优良的抗HIC性能。因此，提高Mn/C比，对改善轧制钢的抗HIC性能极为有益。经淬火+回火的钢，其含碳量从0.05%到0.15%，锰含量达1.6%时，同样表现出良好的抗HIC性能。

在热轧钢中，Mn、P高，极易在中心偏析区生成对HIC敏感的硬显微组织；C高会增加钢中的珠光体量，从而降低HIC抗力。加Cu在环境pH大于5时，钢表面可形成保护膜以阻碍氢的渗入，提高抗HIC能力。S对HIC是极有害的元素，它与Mn生成的MnS夹杂，是HIC最易成核的位置。Ca可以改变夹杂物的形态，使之成为分散的球状体，从而提高钢的抗HIC能力。

非金属夹杂物非金属夹杂物的形状和分布直接影响着钢的抗HIC性能，特别是MnS夹杂。钢板热轧后，沿轧制向分布被拉长呈梭形状的MnS夹杂，由于其热膨胀系数大于基体金属，于是冷却后就会在其周围造成空隙，是氢集聚处，最易导致HIC。

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