影響管線(xiàn)鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)的環(huán)境因素很多, 如離子的種類(lèi)、離子的濃度, pH值, 氧及其它氣體, 緩蝕劑, 溫度, 壓力, 外加電流,輻射等等。這些因素通過(guò)影響對(duì)材料的電化學(xué)行為如雙電層結(jié)構(gòu)、電極電位、電極的極化和飩化、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)、氫的吸附和擴(kuò)散聚集以及微觀(guān)電化學(xué)的不均勻性等, 而對(duì)裂紋的形核和擴(kuò)展過(guò)程產(chǎn)生影響。
SCC:應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 stress corrosion cracking 在有水和H2S存在的情況下,與局部腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程和拉應(yīng)力相關(guān)的一種金屬開(kāi)裂。 氯化物或氧化劑和高溫能增加金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性。
SCC的定義是金屬在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)協(xié)同作用下引起開(kāi)裂或斷裂現(xiàn)象,叫做金屬應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或金屬腐蝕斷裂。它隨著應(yīng)力狀態(tài)不同而表現(xiàn)出不同的腐蝕破壞形態(tài),如在交變應(yīng)力作用下發(fā)生地腐蝕破壞;
對(duì)SCC的敏感性與滲透到鋼材內(nèi)的氫的量有關(guān),這主要與pH值和水中的H2S含量這兩個(gè)環(huán)境因素有關(guān)。典型地,人們發(fā)現(xiàn)鋼中的氫溶解量在pH值接近中性的溶液中,而在pH值較低和較高的溶液中較高。在較低pH值中的腐蝕原因是因?yàn)镠2S,反之在高pH值中腐蝕是因?yàn)楦邼舛鹊亩r(jià)硫離子。若高pH值溶液中存在氰化物能夠加劇氫滲透到鋼材中。目前已知鋼材對(duì)SCC的敏感性隨H2S含量(例如H2S在氣相中的分壓,或液相中的H2S含量)的增加而增大。H2S含量為1ppm這樣小濃度的水中也發(fā)現(xiàn)對(duì)SCC有敏感性。
對(duì)SCC的敏感性主要與材料兩種物理參數(shù)有關(guān)硬度和應(yīng)力水平。隨著硬度的增加鋼對(duì)SCC的敏感性也增加。通常對(duì)用于濕硫化氫環(huán)境的碳鋼壓力容器和管道不考慮SCC,因?yàn)樗鼈兙哂休^低的硬度(強(qiáng)度)。然而,焊接后的焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū)具有高的殘余應(yīng)力。高的殘余拉應(yīng)力與焊縫結(jié)合增加了鋼對(duì)SCC的敏感性。焊后熱處理能夠有效地減少殘余應(yīng)力,焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū)的回火(軟化)處理也有同樣的效果。對(duì)每英寸厚度在大約1150℉(621℃)下保溫一小時(shí)(少一小時(shí))的熱處理方法被證明是一種對(duì)碳鋼有效的防止腐蝕性開(kāi)裂的消除應(yīng)力熱處理方法。對(duì)低合金鋼有時(shí)需要更高的溫度??刂朴捕群蜏p少殘余應(yīng)力被認(rèn)為是防止SCC的方法,在NACE RP 0472中有詳細(xì)描敘。
一般認(rèn)為發(fā)生SCC需要同時(shí)具備三個(gè)條件,即敏感材料、特定介質(zhì)和拉伸應(yīng)力。具體來(lái)說(shuō):
(1)材料本身對(duì)SCC具有敏感性。幾乎所有的金屬或合金在特定的介質(zhì)中都有一定的SCC敏感性,合金和含有雜質(zhì)的金屬比純金屬更容易產(chǎn)生SCC。
(2)存在能引起該金屬發(fā)生SCC的介質(zhì)。對(duì)每種材料,并不是任何介質(zhì)都能引起SCC,只有某些特定的介質(zhì)才產(chǎn)生SCC。
(3) 發(fā)生SCC應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂必須有一定拉伸應(yīng)力的作用。這種拉伸應(yīng)力可以是工作狀態(tài)下材料承受外加載荷造成的工作應(yīng)力;也可以是在生產(chǎn)、制造、加工和安裝過(guò)程中形成的熱應(yīng)力、形變應(yīng)力等殘余應(yīng)力;或表面腐蝕產(chǎn)物膜(鈍化膜或脫合金疏松層)引起的附加應(yīng)力,裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用也會(huì)發(fā)生拉應(yīng)力。
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