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硫化氫腐蝕的影響因素
1.材料因素 在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中鉆柱可能發(fā)生的腐蝕類型中，以硫化氫腐蝕時(shí)材料因素的影響
作用zui為顯著，材料因素中影響鋼材抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能的主要有材料的顯微組織、
強(qiáng)度、硬度以及合金元素等等。 ⑴ 顯微組織 對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性按下述順序升高: 鐵素體中球狀碳化物組織→*淬火和回火組織→正火和回火組織→正火后組織→淬火后未回火的馬氏體組織。
注：馬氏體對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和氫致開(kāi)裂非常敏感，但在其含量較少時(shí)，敏感性相對(duì)較小，隨著含量的增多，敏感性增大。 (2) 強(qiáng)度和硬度
隨屈服強(qiáng)度的升高，臨界應(yīng)力和屈服強(qiáng)度的比值下降，即應(yīng)力腐蝕敏感性增加。 材料硬度的提高，對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性提高。材料的斷裂大多出現(xiàn)在硬度大于HRC22（相當(dāng)于HB200）的情況下，因此，通常HRC22可作為判斷鉆柱材料是否適合于含硫油氣井鉆探的標(biāo)準(zhǔn)。 油氣開(kāi)采及加工工業(yè)對(duì)不昂貴的、可焊性好的鋼材的需要，基本上決定了研究的工作方向就是優(yōu)先研制抗硫化物腐蝕開(kāi)裂的低合金高強(qiáng)度鋼。 ⑶ 合金元素及熱處理 有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti 碳（C
）：增加鋼中碳的含量，會(huì)提高鋼在硫化物中的應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。 鎳（Ni
）：提高低合金鋼的鎳含量，會(huì)降低它在含硫化氫溶液中對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的抵抗力。原因是鎳含量的增加，可能形成馬氏體相。所以鎳在鋼中的含量，即使其硬度HRC＜22時(shí), 也不應(yīng)該超過(guò)1％。含鎳鋼之所以有較大的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，是因?yàn)殒噷?duì)陰極過(guò)程的進(jìn)行有較大的影響。在含鎳鋼中可以觀察到zui低的陰極過(guò)電位，其結(jié)果是鋼對(duì)氫的吸留作用加強(qiáng),導(dǎo)致金屬應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的傾向性提高。 鉻
(Cr)：一般認(rèn)為在含硫化氫溶液中使用的鋼，含鉻0.5％～13％是*可行的，因?yàn)樗鼈冊(cè)跓崽幚砗罂傻玫椒€(wěn)定的組織。不論鉻含量如何，被試驗(yàn)鋼的穩(wěn)定性未發(fā)現(xiàn)有差異。也有的文獻(xiàn)作者認(rèn)為，含鉻量高時(shí)是有利的，認(rèn)為鉻的存在使鋼容易鈍化。但應(yīng)當(dāng)指出的是，這種效果只有在鉻的含量大于11％時(shí)才能出現(xiàn)。 鉬
(Mo)：鉬含量≤3％時(shí)，對(duì)鋼在硫化氫介質(zhì)中的承載能力的影響不大。 鈦
(Ti)：鈦對(duì)低合金鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性的影響也類似于鉬。試驗(yàn)證明，在硫化氫介質(zhì)中，含碳量低的鋼(0.04％)加入鈦(0.09％Ti)，對(duì)其穩(wěn)定性有一定的改善作用。 錳
(Mn)：錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開(kāi)裂過(guò)程的作用十分重要。當(dāng)偏析區(qū)Mn、C含量一旦達(dá)到一定比例時(shí)，在鋼材生產(chǎn)和設(shè)備焊接過(guò)程中，產(chǎn)生出馬氏體／貝氏體高強(qiáng)度、低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對(duì)設(shè)備抗SSCC是不利的。對(duì)于碳鋼一般限制錳含量小于1.6%。少量的Mn能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤蚧镄问脚懦?，同時(shí)鋼在脫氧時(shí)，使用少量的錳后，也會(huì)形成良好的脫氧組織而起積極作用。在石油工業(yè)中是制造油管和套管大都采用含錳量較高的鋼，如我國(guó)的36Mn2Si鋼。(提高硬度) 硫（S
）：硫?qū)︿摰膽?yīng)力腐蝕開(kāi)裂穩(wěn)定性是有害的。隨著硫含量的增加，鋼的穩(wěn)定性急劇惡化，主要原因是硫化物夾雜是氫的積聚點(diǎn)，使金屬形成有缺陷的組織。同時(shí)硫也是吸附氫的促進(jìn)劑。因此，非金屬夾雜物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以
提高鋼（特別是高強(qiáng)度鋼）在引起金屬增氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。 磷（P
）：除了形成可引起鋼紅脆（熱脆）和塑性降低的易熔共晶夾雜物外，還對(duì)氫原子重新組合過(guò)程（Had + Had → H2↑）起抑制作用，使金屬增氫效果增加，從而也就會(huì)降低鋼在酸性的、含硫化氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。 ⑷ 冷加工 經(jīng)冷軋制、冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及機(jī)械咬傷等產(chǎn)生的冷變形，不僅使冷變形區(qū)的硬度增大，而且還產(chǎn)生一個(gè)很大的殘余應(yīng)力，有時(shí)可高達(dá)鋼材的屈服強(qiáng)度，從而導(dǎo)致對(duì)SSCC敏感。一般說(shuō)來(lái)鋼材隨著冷加工量的增加，硬度增大，SSCC的敏感性增強(qiáng)。 2. 環(huán)境因素的影響 ⑴ 硫化氫濃度 從對(duì)鋼材陽(yáng)極過(guò)程產(chǎn)物的形成來(lái)看，硫化氫濃度越高，鋼材的失重速度也越快。
對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響 高強(qiáng)度鋼即使在溶液中硫化氫濃度很低（體積分?jǐn)?shù)為1×10-3mL/L）的情況下仍能引起破壞，硫化氫體積分?jǐn)?shù)為5×10-2～6×10-1 mL/L時(shí)，能在很短的時(shí)間內(nèi)引起高強(qiáng)度鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕破壞，但這時(shí)硫化氫的濃度對(duì)高強(qiáng)度鋼的破壞時(shí)間已經(jīng)沒(méi)有明顯的影響了。硫化物應(yīng)力腐蝕的下限濃度值與使用材料的強(qiáng)度（硬度）有關(guān)。 碳鋼在硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于5×10－
2mL/L時(shí)破壞時(shí)間都較長(zhǎng)。NACE MR0175－88標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕的極限分壓為0.34×
10-3MPa(水溶液中H2S濃度約20mg/L)，低于此分壓不發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。 ⑵ pH值對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕的影響： 隨pH
的增加，鋼材發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性下降 pH≤6時(shí)，硫化物應(yīng)力腐蝕很嚴(yán)重； 6＜pH≤9時(shí)，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性開(kāi)始顯著下降，但達(dá)到斷裂所需的時(shí)間仍然很短； pH＞9時(shí)，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕破壞。 ⑶ 溫度
在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，硫化物應(yīng)力腐蝕破裂傾向減小。(溫度升高硫化溶解度減小) 在22℃左右，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性zui大。溫度大于22℃后，溫度升高硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性明顯降低。
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