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影响SCC的环境因素发布时间:2023-06-30   浏览量:616次

影响管线钢应力腐蚀开裂(SCC)的环境因素很多, 如离子的种类、离子的浓度, pH值, 氧及其它气体, 缓蚀剂, 温度, 压力, 外加电流,辐射等等。这些因素通过影响对材料的电化学行为如双电层结构、电极电位、电极的极化和饨化、传质动力学、氢的吸附和扩散聚集以及微观电化学的不均匀性等, 而对裂纹的形核和扩展过程产生影响。

SCC:应力腐蚀开裂 stress corrosion cracking 在有水和H2S存在的情况下,与局部腐蚀的阳极过程和拉应力相关的一种金属开裂。 氯化物或氧化剂和高温能增加金属产生应力腐蚀开裂的敏感性。

SCC的定义是金属在应力和化学介质协同作用下引起开裂或断裂现象,叫做金属应力腐蚀开裂或金属腐蚀断裂。它随着应力状态不同而表现出不同的腐蚀破坏形态,如在交变应力作用下发生地腐蚀破坏;

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,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。

硫化氢科室.jpg

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(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。

一般认为发生SCC需要同时具备三个条件,即敏感材料、特定介质和拉伸应力。具体来说:

(1)材料本身对SCC具有敏感性。几乎所有的金属或合金在特定的介质中都有一定的SCC敏感性,合金和含有杂质的金属比纯金属更容易产生SCC。

(2)存在能引起该金属发生SCC的介质。对每种材料,并不是任何介质都能引起SCC,只有某些特定的介质才产生SCC。

(3) 发生SCC应力腐蚀开裂必须有一定拉伸应力的作用。这种拉伸应力可以是工作状态下材料承受外加载荷造成的工作应力;也可以是在生产、制造、加工和安装过程中形成的热应力、形变应力等残余应力;或表面腐蚀产物膜(钝化膜或脱合金疏松层)引起的附加应力,裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也会发生拉应力。

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