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湿硫化氢环境下的材料选择

发布时间:2017-07-18

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湿硫化氢环境下的材料选择

在石化行业中,硫化氢的存在对钢材的腐蚀产生了很大的危害,同时由于硫化氢是神经性毒,其泄露对人的生命安全造成很大的影响.因些合理选材,减少硫化氢腐蚀的危害,是一项很重要的工作.
硫化氢(H2S)是硫的氢化物中最简单的一种。是强烈的神经毒素，对粘膜有强烈刺激作用。急性硫化氢中毒一般发病迅速，出现以脑和（或）呼吸系统损害为主的临床表现，亦可伴有心脏等器官功能障碍。
腐蚀机理：阴极反应析出的氢进入钢中，并富集在某些关键部位而引起的（1）。同时由于S2-的存在加速了氢进入钢中。且在氢的富集区内由于S的存在使氢与碳反应生成甲烷的扩散更进一步减缓，从而造成严重的沿晶界开裂，导致材料的破坏。高温下（300~450℃）反应生成的FeS在设备停车时同湿空气作用生成连多硫酸（H2SXO4），引起应力腐蚀破坏，主要发生在焊缝的热影响区。
按照使用经验来说，湿H2S腐蚀主要是不锈钢的穿晶裂纹和延晶裂纹造成。一般18-8单相奥氏体不锈钢的缺点是对晶间腐蚀和应力腐蚀比较敏感，需要通过适当的添加合金元素及工艺措施消除。在单相奥氏体不锈钢中加入Nb和Ti等合金元素后，能形成稳定碳化物（TiC、NbC），通过稳定化和敏化处理，避免在晶界上析出碳化铬Cr23C6），起到细化晶粒和提高抗晶间腐蚀的能力。
铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢的母材和焊接接头的硬度应不大于HRC22，其中奥氏体不锈钢的碳含量应不大于0.10％且经过固溶处理或稳定化处理。双相不锈钢的母材和焊接接头的硬度应不大于HRC28，其铁素体含量应在35～65％的范围内。
对于低温下（120度以下）的湿硫化氢腐蚀，除硫化氢水溶液的均匀腐蚀外，还有一种就是硫化物应力腐蚀开裂，其机理是均匀腐蚀产生的氢离子进入钢中产生聚集，到达一定程度产生应力开裂，其根本上是氢腐蚀的一种。选用不锈钢可以降到均匀腐蚀和减少氢离子产生的数量可极大降低均匀腐蚀和应力腐蚀。Ti和Nb是不锈钢中的稳定化元素，主要是防止晶间腐蚀，但需配合到位的固溶处理和稳定化处理才能发挥作用。对于在湿硫化氢工况下使用的金属材料，主要从以下几个方面提出要求：
(1) 应符合NACE MR0175 的规定；
(2) 屈服强度(σs)不大于345MPa；
(3) 碳当量CE< 0.42%,CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且Ni<1%，C≤0.25%；
(4) S≤0.01%(Wt),P≤0.015%(Wt)
(5) 应以正火组织状态供货（可以在线正火）
(6) 钢管的硬度不超过180HB；
(7) 钢管表面不得有深度大于0.5mm 的尖锐缺陷存在。
影响硫化氢腐蚀的主要化学元素是Mn和S，锰元素在钢材的生产和设备的焊接过程中，产生出马氏体/贝氏体高强度、低韧性的显微金相组织，表现出极高的硬度，这对设备抗硫化氢腐蚀极为不利。硫元素则在钢材中形成硫化锰、硫化铁非金属夹杂物，致使局部显微组织疏松，在湿硫化氢环境下诱发应力腐蚀。
硫化氢应力腐蚀开裂的影响因素有：冶金因素：金相组织，化学成分，强度，硬度，夹杂和缺陷；环境因素有：硫化氢浓度、PH值、温度、压力、流速、二氧化碳含量和氯离子浓度；力学因素有，应力、冷加工和焊接残余应力。因此不同钢材引起的硫化氢应力腐蚀是不同的，不同的介质、压力、温力等环境下，引起的应力腐蚀也不同，即使同一环境下，同一钢材，但由于冶炼、加工及热处理方式不同，引起的应力腐蚀也是不同的。

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