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HIC抗氢脆SSC抗硫化氢腐蚀试验发布时间:2023-03-28   浏览量:353次

HIC氢致开裂又被称为氢脆,氢脆现象导致的材料降级可能会导致氢储罐和其他氢存储结构(比如压力计的)的失效。因此氢脆现象是氢气与安全相关的一个重要特性。

氢脆hydrogen Embrittlement (HE)的发生是由于氢原子非常小,可以在固体金属中渗透扩散,一旦吸收了氢原子,金属的延展性会降低,产生开裂并逐渐蔓延。氢脆又被称作氢致开裂hydrogen-assisted cracking (HAC) or hydrogen-induced cracking (HIC)。

可能发生氢脆的金属,最常见的是钢材,其他金属如铁,镍,钴,钛,以及这些金属的合金都可能发生氢脆。铜,铝和不锈钢相对更不容易发生氢脆。

有一系列因素可能影响氢脆,例如环境温度和压力;氢的纯度,浓度和暴露时间;金属的内部应力,物理与机械特性,微结构,表面条件;以及材料中裂口的情况等等。

硫化氢科室.jpg

氢脆最容易发生在室温条件下,大多数金属在温度超过150度时不会发生氢脆。不过要注意区分氢脆现象与钢材在温度超过200度时出现的高温氢攻击现象(HTHA, High Temperature Hydrogen Attach)。氢脆是氢原子在钢材表面渗透,在表面的缺陷或其他应力中心处形成局部的塑性形变,而HTHA的机理是在高温下氢原子与钢材中的碳反应生成甲烷的过程。

高强度钢相比低强度钢,由于内部应力(张力)更大,更容易发生氢脆。

氢脆是由于氢原子的渗透而产生的,处于分子状态的氢气并不会导致氢脆。纯净的氢气是分子氢,而不纯净的氢气,比如其中含有的硫化氢杂质更容易分解出氢原子。

使金属产生氢脆的氢原子有两个主要来源,一是金属表面直接暴露于氢气,比如高压储氢容器,输氢管路。二是各种电化学反应产生的氢原子,包括各种使用酸的表面加工工艺(比如酸洗,刻蚀和清洁),腐蚀(比如阴极保护和碱性腐蚀)和电镀。此外金属加工也可能使氢原子进入金属内部,比如熔融或焊接时由于环境的湿度而产生的原子氢。因此氢脆现象并不仅仅是与直接接触氢的金属(比如储氢容器,输氢管路)有关的问题,而是金属材料科学的一个普遍问题。

以16Mn钢抗硫抗氢为例:

根据NACE 0284—2003和NACE TM 0177—2005,采用氢致开裂(HIC)实验,硫化物应力腐蚀(SSC-A, SSC-四点弯曲法)实验和电化学测试,检测16Mn钢的抗硫化氢应力腐蚀(SSC)开裂能力。

将16Mn钢经过96 h的氢致开裂实验,加载比例分别为小屈服强度的80%,85%,90%的SSC-A实验和SSC-四点弯曲实验720 h,均未发现裂纹。

结果表明,16Mn钢具有较好的抗硫抗氢应力腐蚀能力。

硫化氢和二氧化碳是对油气田设备酸性腐蚀的危险因素。硫化氢不仅有剧毒,而且会腐蚀油套管以及其他井下设备,是生产和人身安全的隐患。

用于含硫化氢油气田钢管的抗硫化氢应力腐蚀性能检验按照NACE TM 0177—2005[1]和NACE 0284—2003[2]进行。