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SSCC是指受拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在硫化物介質(zhì)中，由于介質(zhì)與應(yīng)力的耦合作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。SSCC是在外加應(yīng)力和腐蝕環(huán)境雙重作用下發(fā)生的破壞，其產(chǎn)生有3個(gè)必要條件：敏感的材料、酸性環(huán)境和拉伸應(yīng)力。SSCC與通常所說的應(yīng)力腐蝕有所區(qū)別，在通常所說的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)中，環(huán)境所起的作用是以陽極溶解為主，而SSCC則是以陰極充氫為主，雖然SSCC機(jī)理尚未被完全揭示，但大多數(shù)學(xué)者傾向于把這種開裂解釋為氫脆破裂。應(yīng)力腐蝕開裂無明顯的征兆，因此易對(duì)長(zhǎng)輸管道(尤其是天然氣管道)造成災(zāi)難性的后果。

1、環(huán)境因素

①H2S濃度：在環(huán)境其他參數(shù)相同的情況下，SSCC的敏感性隨H2S濃度的增加而增加，在飽和的H2S溶液中敏感性最強(qiáng)。一般對(duì)于強(qiáng)度和硬度相同的材料，隨H2S濃度的增加，發(fā)生破裂所需的時(shí)間縮短，臨界應(yīng)力值降低。

②水含量：無論在氣相還是液相中，H2S對(duì)管道的腐蝕危害都離不開水分的存在，水是各種類型電化學(xué)腐蝕的必要條件。

③溫度：鋼在H2S環(huán)境中的穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜。一般在20～40℃常溫范圍內(nèi)，金屬吸入氫量最多，發(fā)生SSCC的可能性最大；高于70℃后，敏感性減弱。在常溫下發(fā)生斷裂的時(shí)間很短，嚴(yán)重時(shí)在1～2 h內(nèi)就可能出現(xiàn)斷裂。

④pH值：隨著腐蝕介質(zhì)的pH值增加，鋼在H2S中的穩(wěn)定性增強(qiáng)，出現(xiàn)斷裂所需的時(shí)間增加。

⑤介質(zhì)中的其他成分：H2S水溶液中，Cl和O2對(duì)SSCC影響較大。在一定范圍內(nèi)，O2的存在將加快腐蝕速度；而Cl濃度較高時(shí)，腐蝕速度減緩。試驗(yàn)證明O2對(duì)SSCC有很大的促進(jìn)作用。

2、材料因素

①管材的化學(xué)成分：氫易在MnS與α-Fe(溫度在912℃以下的純鐵)的交界面處析出，MnS夾雜是氫致裂紋產(chǎn)生的原因，因此鋼中Mn、S的含量過高對(duì)抗硫化物應(yīng)力腐蝕不利。但是，為了保證鋼材有一定的強(qiáng)度和韌性，需要保證一定的Mn含量，那么只能降低S含量或加入某些合金元素，如Mo、Ti、V、B、Cu等元素能提高鋼的抗SSCC性能。例如，在管線鋼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的Mo時(shí)，其抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能最佳。應(yīng)限制P的含量，防止由于P的偏析引起開裂，相對(duì)增加Ti的含量可以提高抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能。Ni有利于提高鋼材的韌性，但由于含Ni鋼中析氫的過電位低，氫離子易被還原而促進(jìn)游離氫的析出，導(dǎo)致鋼的抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能變差，對(duì)于抗H2S腐蝕的管線鋼，均要求Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于1%?？傊?，這些元素的綜合作用影響著鋼材的抗H2S腐蝕性能。

②管材熱處理和顯微組織：大量研究結(jié)果表明，管材的金相組織對(duì)抗H2S腐蝕性能影響較大，如MnS夾雜、未回火的片狀馬氏體和下貝氏體組織對(duì)應(yīng)力腐蝕特別敏感，而經(jīng)過高溫回火后，由均勻分布的細(xì)小球狀碳化物構(gòu)成的回火馬氏體和下貝氏體的抗應(yīng)力腐蝕性能提高。高溫回火是提高大多數(shù)低合金鋼和碳素鋼抗應(yīng)力腐蝕性能的主要方法。珠光體的形態(tài)也影響鋼材的抗應(yīng)力腐蝕性能，管線鋼中各組織形態(tài)抗應(yīng)力腐蝕性能由大到小的順序依次為：鐵素體-珠光體、多邊形鐵素體、針狀鐵素體。研究表明：凡是使晶格熱力學(xué)平衡而穩(wěn)定的熱處理，都能使SSCC敏感性降低。

③管材的強(qiáng)度和硬度：一般認(rèn)為在化學(xué)成分相似的情況下，隨管材強(qiáng)度的增加，SSCC敏感性增加。分析統(tǒng)計(jì)破壞事故和試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不發(fā)生SSCC的最高硬度值為HRC20～27，硬度越高，發(fā)生SSCC的臨界應(yīng)力越小。

④材料表面狀態(tài)：分析破壞事故發(fā)現(xiàn)，裂紋往往起源于表面缺陷部位。

3、應(yīng)力因素

壓應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，拉應(yīng)力的存在是發(fā)生SSCC的必要條件，隨著拉應(yīng)力增加，裂紋擴(kuò)展速度增加。在SSCC產(chǎn)生過程中，應(yīng)力的主要作用是使金屬發(fā)生應(yīng)變，產(chǎn)生滑移，促進(jìn)SSCC裂紋形核、擴(kuò)展直至斷裂。應(yīng)力表現(xiàn)和作用方式在不同的材料-腐蝕介質(zhì)體系中是不同的，應(yīng)通過SSCC的行為規(guī)律和機(jī)理作具體分析。管線鋼存在明顯的應(yīng)力界限，低于臨界應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生SSCC。管道應(yīng)力來源于3個(gè)方面：①管道所承受的工作載荷;②殘余應(yīng)力：一般認(rèn)為焊縫、熔合線及熱影響區(qū)內(nèi)原來已經(jīng)存在的氫致延遲裂紋，當(dāng)暴露在H2S環(huán)境中后，內(nèi)表面的原發(fā)氫脆裂紋將解理擴(kuò)展;③腐蝕產(chǎn)物：腐蝕過程中，會(huì)在材料表面產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物膜。腐蝕產(chǎn)物體積一般都大于相應(yīng)被腐蝕掉的金屬體積，這種膜將導(dǎo)致較大的體積應(yīng)力。

4、機(jī)理研究

關(guān)于SSCC的機(jī)理研究主要有氫脆理論，認(rèn)為腐蝕的陰極反應(yīng)產(chǎn)生氫，氫原子進(jìn)入金屬內(nèi)部，并擴(kuò)散到裂縫尖端，使這一區(qū)域變脆，在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生脆斷。氫在應(yīng)力腐蝕中起著主要作用，但是關(guān)于氫如何引起脆斷的看法各有不同：有些學(xué)者認(rèn)為氫降低了裂紋前緣原子鍵結(jié)合能;有些學(xué)者認(rèn)為吸附氫的作用使表面能下降;還有些學(xué)者則認(rèn)為氫氣造成高的內(nèi)壓，促進(jìn)位錯(cuò)活動(dòng)等等。

近年來，隨著應(yīng)力作用下的腐蝕斷裂研究不斷深入，把陽極溶解和氫擴(kuò)散致脆的過程結(jié)合起來，可以較好地分析一些腐蝕斷裂現(xiàn)象。一般認(rèn)為，氫在應(yīng)力腐蝕中的作用應(yīng)根據(jù)具體情況而定：在有些腐蝕體系中以氫脆為主，另外一些腐蝕體系中則以陽極溶解為主。高強(qiáng)鋼中硫化物引起的金屬破裂被認(rèn)為是氫脆所致，氫是應(yīng)力腐蝕斷裂的重要因素，但在低強(qiáng)度鋼中，氫不是應(yīng)力腐蝕斷裂的主要因素。

5、試驗(yàn)方法

在石油、天然氣(尤其是天然氣)長(zhǎng)輸管道中，高壓高強(qiáng)度管道的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂會(huì)引發(fā)重大的安全事故，因此需要評(píng)價(jià)管線鋼的抗H2S應(yīng)力腐蝕性能，保證管道的安全，研究科學(xué)的管材抗H2S應(yīng)力腐蝕評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法具有重要的意義。管線鋼抗應(yīng)力腐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法主要有固定應(yīng)變法、固定載荷法、雙臂梁法和慢應(yīng)變速率拉伸法等。

SSRT可促使鋼鐵材料在短期內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，提供了一種實(shí)驗(yàn)室快速評(píng)定材料抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的試驗(yàn)方法，還可以通過試驗(yàn)研究材料發(fā)生SSCC的機(jī)理。另外，SSRT的試樣型式簡(jiǎn)單，試驗(yàn)過程簡(jiǎn)單易行，近年來被眾多的學(xué)者廣泛采納。該方法被IS0和ASTM規(guī)定為判定鋼鐵發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的一種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。