【正文】 )油氣田常用的抗 SSC金屬材料 四、硫化物應(yīng)力開裂 (SSC) SSC的措施 表 153 油氣田常用抗 SSC碳素鋼和低合金鋼 表 154 油氣田常用抗 SSC鑄鋼 表 155 油氣田常用抗 SSC不銹鋼 四、硫化物應(yīng)力開裂 (SSC) SSC的措施 表 156 油氣田常用抗 SSC非鐵基合金 表 157 油氣田常用抗 SSC噴焊合金和堆焊焊條 四、硫化物應(yīng)力開裂 (SSC) SSC的措施 SSC的措施 四、硫化物應(yīng)力開裂 (SSC) 表 158 油氣田常用抗 SSC油套管及輸送管 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) 在含 H2S酸性油氣田上，氫誘發(fā)裂紋 (HIC)常見于具有抗 SSC性能的，延性較好的低、中強度管線用鋼和容器用鋼上。 HIC是一組平行于軋制面，沿著軋制向的裂紋。它可以在沒有外加拉伸應(yīng)力的情況下出現(xiàn)，也不受鋼級的影響。 HIC在鋼內(nèi)可以是單個直裂紋，見圖 15—1 (a)；也可以是階梯狀裂紋，見圖 151 (b)和圖 15一 9；還包括鋼表面的氫鼓泡，見圖 15—1 (a)和 15—l0。鋼表面的氫鼓泡常呈橢圓形，長軸方向與軋制向一致，鋼內(nèi)的 HIC也可視為被約束的氫鼓泡。氫鼓泡的表面通常發(fā)生開裂，見圖 15一 l0。 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) HIC極易起源于呈梭形、兩端尖銳的 MnS夾雜，并沿著碳、錳和磷元素偏析的異常組織擴展，也可產(chǎn)生于帶狀珠光體，沿帶狀珠光體和鐵素體間的相界擴展，見圖 159。 事例 在四川含 H2S酸性氣田開發(fā)的 30余年里，夾帶 HIC運行的設(shè)備不少。自采用高靈敏度超聲波測厚儀以來，在現(xiàn)場測厚過程中，常出現(xiàn)在極小的范圍內(nèi)，測厚儀顯示壁厚陡然減薄許多，好似內(nèi)壁存在小而深的腐蝕坑，經(jīng)觀測均是假象。為此，在四川氣田上對一些設(shè)備進行了解剖分析。如臥引脫硫廠 D—1101原料氣分離器，材料為 A515—70，運行 10年后，在測厚時，由于測厚儀顯示嚴重減薄，解剖后發(fā)現(xiàn)，分離器下部集水處，在其壁厚 1/2—2/3處有一組平行于板面的裂紋。又如磨71井橇裝式氣液分離器，材料為 SB42，使用一年后，也因測厚時，測厚儀顯示嚴重減薄，經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)在封頭板厚的中心部位有一組平行于板面，沿軋制向 (沿帶狀組織 )的斷裂裂紋。 HIC作為一種缺陷存在于鋼中，對使用性能的影響至今尚無統(tǒng)一的認識。大量的研究和現(xiàn)場實踐表明，這種不需外力生成的 HIC可視為一組平行于軋制面的面缺陷。它 對鋼材的常規(guī)強度指標影響不大，但對韌性指標有影響 ： 會使鋼材的脆性傾向增大 。對 H2S環(huán)境斷裂而言，具有決定意義的是材料的 SSC敏感性，因此，通常認為抗 SSC的設(shè)備、管材等夾帶 HIC運行雖不失安全性。但 HIC的存在仍有一定的潛在危險， HIC一旦沿階梯狀貫穿裂紋方向發(fā)展，將導致構(gòu)件承載能力下降 。當然這一般需要時間。對強度要求日益增高的管線用鋼， HIC往往是其發(fā)生 SSC的起裂源 。 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) 在四川含 H2S酸性氣田開發(fā)的過程中，從已掌握的現(xiàn)場事故分析資料表明，因 HIC引起的破裂事故至今為止只發(fā)現(xiàn)一例。已運行 25年的滬威輸氣管線，采用的D630mmx7（ 8） mm16Mn鋼螺旋縫雙面埋弧焊焊管， 1994年間在距螺旋焊縫 1045mm的母材上共發(fā)生 6次破裂事故。從解剖斷口的宏觀圖 1511和顯微圖 15 12，可見到起裂處有一組平行于板面的裂紋，是沿軋制向珠光體帶生成，呈 HIC形貌，這組 HIC已相互連接，串穿壁厚，致使壁厚承載能力下降，導致起裂。 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) HIC因素 鋼材發(fā)生 HIC可以用能夠獨立測定的兩個因素 CO和 Cth來論述。 CO為鋼材從環(huán)境中吸收的氫含量； Cth為鋼材萌生裂紋所需的最小氫含量。當 CO Cth時就會發(fā)生HIC。 CO和 Cth值隨鋼種和環(huán)境而異，其主要影響因素為： 環(huán)境因素 ● H2S濃度：硫化氫濃度越高，則 HIC的敏感性越大。發(fā)生 HIC的臨界 H2S分壓隨鋼種而異，研究表明，對于低強度碳鋼一般為 ；加人微量 Cu后可升至 ；經(jīng) Ca處理的可達到 ； ● pH值：當 pH值在 16范圍內(nèi)， HIC的敏感性隨著 pH值的增加而下降，當 pH值大于 5時則不發(fā)生 HIC； ● CO2： CO2溶于水形成碳酸，降低了環(huán)境的 pH值，從而增大 HIC的敏感性； ● Cl：研究表明，在 pH值為 ， CI的存在使 HIC敏感性增大。腐蝕加劇；● 溫度： HIC敏感性最大的溫度約 24℃ ，當溫度高于 24℃ 后， HIC的敏感性下降。當溫度低于 24℃ 時， HIC敏感性隨著溫度的升高而增大。 CO 冶金因素 包括合金元素、顯微組織、強度 環(huán)境因素 包括 H2S、 CO2分壓、溫度、 pH值、 Cl等腐蝕性雜質(zhì) CTH：冶金因素 包括元素及組織的偏析、非金屬夾雜物的形狀、合金元素 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) HIC因素 材料因素 ● 顯微組織：熱力學平衡而穩(wěn)定的 細晶粒組織 是抗 HIC理想的組織。對中、低強度管線用鋼和容器用鋼而言， HIC易出現(xiàn)于 帶狀珠光體組織及板厚中心 C、 Mn、 P等元素偏析區(qū)的硬顯微組織。 ● 化學成分：研究表明，含碳量為 %%的熱軋態(tài)鋼，當含錳量超過 %時， HIC敏感性突然增大；而低碳 (小于 %)的熱軋鋼，在錳含量達到 %時仍具有優(yōu)良的抗 HIC性能。因此， 提高 Mn/C比 ，對改善軋制鋼的抗 HIC性能極為有益。經(jīng)淬火 +回火的鋼，其含碳量從 %到 %,錳含量達 %時，同樣表現(xiàn)出良好的抗 HIC性能。 在熱軋鋼中， Mn、 P高，極易在中心偏析區(qū)生成對 HIC敏感的硬顯微組織； C高會增加鋼中的珠光體量，從而降低 HIC抗力。加 Cu，在環(huán)境 pH值大于 5時，鋼表面可形成保護膜以阻礙氫的滲入，提高抗 HIC能力。 S對 HIC是極有害的元素，它與 Mn生成的 MnS夾雜，是 HIC最易成核的位置。 Ca可以改變夾雜物的形態(tài)，使之成為分散的球狀體，從而提高鋼的抗 HIC能力。 ● 非金屬夾雜物：其 形狀和分布 直接影響鋼的抗 HIC性能，特別是 MnS夾雜。鋼板熱軋后，沿軋制向分布被拉長呈梭形狀的 MnS夾雜，由于其熱膨脹系數(shù)大于基體金屬，于是冷卻后就會在其周圍形成空隙，是氫集聚處，最易導致 HIC。 五、氫誘發(fā)裂紋 (HIC) HIC的措施 ● 添加緩蝕劑，減緩金屬表面的腐蝕反應(yīng)，從而減少供鋼材吸收的氫原子。 ● 涂層：涂層可起到保護鋼材表面不受腐蝕或減少腐蝕的作用，降低了氫原子來源；涂層還可起到阻隔氫原子向鋼中滲透的作用。 ● 提高熱軋鋼的抗 HIC性能：對于 pH值等于或大于 5的環(huán)境，添加 Cu，可使鋼材表面形成保護膜，從而抑制氫進人鋼中；拉長的 MnS和聚集的氧化物都是 HIC最可能成核的位置，通過凈化鋼水，降低 S含量和加 Ca處理，可降低鋼中非金屬夾雜物的含量和控制其形態(tài)，對提高鋼材 HIC抗力非常有效；降低具有強烈偏析傾向的合金元素，如 C、 Mn、 P等的含量，可避免偏析區(qū)生成對 HIC敏感的硬顯微組織；控制鋼的軋制工藝，使顯微組織均勻化。 按 NACE TM 02841996《 管線和壓力容器鋼抗階梯型破裂評定方法 》 和GB/T 86501988《 管線鋼抗階梯型破裂試驗方法 》 的規(guī)定評定金屬材料的 HIC性能。 HIC性能