金属材料易产生应力腐蚀破裂的环境组合
常用材料: 碳钢及低合金钢
常用材料: 奥氏体不锈
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序号 |
材料 |
环境 |
来源 |
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14 |
奥氏体不锈钢 |
高温碱液 [Na0H、Ca(0H)2、LiOH] |
SH/T 3059-2012 |
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15 |
奥氏体不锈钢 |
氯化物水溶液 |
SH/T 3059-2012 |
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16 |
奥氏体不锈钢 |
海水、海洋大气 |
SH/T 3059-2012 |
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17 |
奥氏体不锈钢 |
连多硫酸 |
SH/T 3059-2012 |
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18 |
奥氏体不锈钢 |
高温高压含氧高纯水 |
SH/T 3059-2012 |
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19 |
奥氏体不锈钢 |
浓缩锅炉水 |
SH/T 3059-2012 |
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20 |
奥氏体不锈钢 |
260℃水蒸汽 |
SH/T 3059-2012 |
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21 |
奥氏体不锈钢 |
260℃硫酸 |
SH/T 3059-2012 |
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22 |
奥氏体不锈钢 |
湿润空气(湿度90%) |
SH/T 3059-2012 |
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23 |
奥氏体不锈钢 |
NaCl+H202水溶液 |
SH/T 3059-2012 |
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24 |
奥氏体不锈钢 |
热NaCl+ H202水溶液 |
SH/T 3059-2012 |
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25 |
奥氏体不锈钢 |
热NaCl |
SH/T 3059-2012 |
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26 |
奥氏体不锈钢 |
湿的氯化镁MgCl 绝缘物 |
SH/T 3059-2012 |
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27 |
奥氏体不锈钢 |
H2S水溶液 |
SH/T 3059-2012 |
常用材料: 铝合金
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序号 |
材料 |
环境 |
来源 |
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42 |
铝合金 |
氩化钠NaCl水溶液
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SH/T 3059-2012 |
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43 |
铝合金 |
海水
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SH/T 3059-2012 |
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44 |
铝合金 |
CaCl2+NH4Cl水溶液 |
SH/T 3059-2012 |
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45 |
铝合金 |
水银 |
SH/T 3059-2012 |
常用材料: 铜合金
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序号 |
材料 |
环境 |
来源 |
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37 |
铜合金 |
NH3氨蒸汽及氨水溶液
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SH/T 3059-2012 |
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38 |
铜合金 |
三氯化铁FeC1，
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SH/T 3059-2012 |
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39 |
铜合金 |
水，水蒸汽
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SH/T 3059-2012 |
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40 |
铜合金 |
水银
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SH/T 3059-2012 |
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41 |
铜合金 |
硝酸银
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SH/T 3059-2012 |
常用材料: 钛及钛合金
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序号 |
材料 |
环境 |
来源 |
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28 |
钛及钛合金 |
红烟硝酸 |
SH/T 3059-2012 |
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29 |
钛及钛合金 |
N204(含02、不含NO，24℃~74℃) |
SH/T 3059-2012 |
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30 |
钛及钛合金 |
湿的Cl2(288℃、346℃、427℃) |
SH/T 3059-2012 |
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31 |
钛及钛合金 |
盐酸HCl(10%,35℃) |
SH/T 3059-2012 |
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32 |
钛及钛合金 |
硫酸H2S04(7%,60℃) |
SH/T 3059-2012 |
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33 |
钛及钛合金 |
甲醇，甲醇蒸汽 |
SH/T 3059-2012 |
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34 |
钛及钛合金 |
海水 |
SH/T 3059-2012 |
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35 |
钛及钛合金 |
四氯化碳CCl4 |
SH/T 3059-2012 |
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36 |
钛及钛合金 |
氟里昂 |
SH/T 3059-2012 |
连多硫酸应力腐蚀破裂Polythionic Acid Stress Cracking,PTASCC)
引用来源:
GB/T 20801.2-2020 （C.6.5）
连多硫酸应力腐蚀破裂(Polythionic Acid Stress
Corrosion Cracking ,PTASCC)
连多硫酸应力腐蚀破裂是一种通常发生在停工、开工和有水及湿气存在的操作过程中的应力腐蚀开裂。开裂是由于材料在含有硫化物的高温腐蚀环境中使用后，在停工、维修期间由于气体的冷凝以及空气、氧和湿气侵入，与金重的硫化腐蚀层形成连多硫酸，然后当设备再次运行后很快就引起的开裂。
300系列的奥氏休不锈钢、INC0 600和INCOLY 800系列的镍铬铁合金都会发生连多硫酸应力腐蚀破裂。裂纹集中在焊缝区域，呈类似晶间腐蚀状的沿晶开裂(区别于CLSCC大多为穿晶树枝状开裂)。
由于设备工作温度与不锈钢的敏化温度重合，因此常规的超低碳或稳定化不锈钢不能防止在敏化温度长时间停留后的碳化铬析出和贫铬现象。此外，奥氏体不锈钢一船不作PWHT，而且现场管道要重作固溶处理十分困难，所以焊缝区域就成为晶间PTASCC的高风险区。
连多硫酸应力腐饨破裂的对策如下:
a)材料和制造
1)稳定化不锈钢并在固溶后加作稳定化处理，以减少在敏化温度长时间停留后的碳化铬析
出;
2)采用改良型347H;
3)PWHT，温度为稳定化温度，空冷。
b)停车保护
1)充氮(干燥，无氧或加5x10^-3氨);
2)碱洗(1%～5%Na2C03);
3)充干燥空气(空气的露点温度应低于金属内壁温度至少22℃以上)。
引用来源:SH/T
3059-2012（6.3.8）
连多硫酸应力腐蚀环境下，可能产生连多硫酸应力腐蚀开裂，奥氏体不锈钢应选用超低碳或稳定化型不锈钢。
湿硫化氧/硫化物应力腐蚀破裂（Sulfate Stress
Corrosion Cracking，SSC）
引用来源：GB/T 20801.2-2020（C.5.6）
湿硫化氧/硫化物应力腐蚀破裂是金属在水(电解质)和硫化氧存在下由拉伸应力和腐蚀共同作用的开裂。硫化物应力破裂(SSC)有多种失效分类，如SSC、SCC、HSC、HIC(氢诱导开裂)、SOHIC(应力导向氢诱导开裂)、SWC(阶梯裂纹)等，从开裂的机理而言也可归因为氢致应力开裂，由于都是吸收硫化物在金重表面电化学腐蚀所产生的原子氢而告成的，为此均将其归大为SSC。碳钢或低合金钢焊接压力设备是发生SSC的重灾区。为此，仅就此列出选材时应予关注的要点。
影响SSC的环境因素有H2S浓度(H2S分压0.035MPa绝压以上)、pH(酸性)及温度，氰化物的存在对SSC有催化作用目易诱发HIC。氯化物、C02的存在也将产生多种腐蚀形态的共生与加剧o
H2S浓度(分压)越高，pH越低，SSC越敏感，因此工程中常称为酸性介质的SCC。温度提高导致氢的渗透速率提高，SSC发生的概率反而下降，因此SSC通常发生在常温或工作温度65℃以下。
防止碳钢或低合金钢焊接压力设备发生SSC的工程措施核心是控制硬度。控制硬度就是控制金相组织、控制组织应力及残余应力。因为这些部位正是氢致裂纹的根源。碳钢、低合金钢防止SSC的硬度上限为RC22或HV10237。由于焊接热影响区的高硬度区很窄，HV10无法用于现场检测， HB压痕较大，其读数代表的是平均硬度而非峰值，因此焊缝检测时的硬度上限为HB200。
控制硬度要落实到工程设备的每一细节、内壁外壁、宏观微观，因此如冷变形、锤击、钢印、坡口外焊接打弧和飞溅都应禁止。低强度钢优于高强钢;原材料正火、正火加回火、退火、调质及PWHT都是有益干防止SSC。
产生HIC的材料因素是板材单向轧制过程中形成的片状MnS夹杂，因此控制板材及板焊管母材的含硫量不大于0.002%或加Ca促使MnS夹杂球化成为抗HIC板材生产的附加要求。但该低硫要求没有必要套用到无缝钢管、锻件，更没有必要套用到焊缝，因为MnS夹杂在此类材料中不可能呈片状分布。
湿硫化氢/硫化物应力腐蚀破裂(Sulfate Stress
Corrosion Cracking SSC)
引用来源:
SH/T 3059-2012（6.3.5）
在湿H2S应力腐蚀环境中，管道选用的材料应符合下列要求:
SH/T 3059-2012
a)材料标准规定的屈服强度≤355MPa;
b)材料实测的抗拉强度≤630MPa;
c)材料适用状态应为正火(N)、正火+回火(N+T)、退火(A)或调质(Q+T)状态。
d)对于低碳钢和碳锰钢，碳当量Ce应≤0.4%;对于低合金钢(包括低温镍钢)碳当量Ce应≤0.45%。
e)管道需经焊后热处理PWHT，热处理后焊缝(含热影响区)的硬度不应大于HB200
f)厚度大于20mm的钢板应按JB/T4730.3进行超声检测(UT)，质量等级不应低于II级
g)材料应选用镇静钢，如20、Q245R、Q345R。
湿硫化氢/硫化物应力腐蚀破裂(Sulfate Stress
Corrosion CrackingSSC)
引用来源:
SH/T 3193-2017
硫化物应力开裂(SSC)Sulfide
Stress Cracking
在有水和硫化氢共存的情况下，与腐蚀环境和拉应力[残留的和(或)外加的]有关的一种金属开裂。
硫化物应力开裂与金重表面的因酸性介质腐蚀产生的原子气引起的金属脆性有关。在硫化物存在时硫化物会促进氢的吸收。原子氧能扩散进入金属内部，降低金属的韧性，增加裂纹敏感性。
氢诱导开裂(HIC)Hydrogen-induced
cracking
当氢原子扩散进入钢铁材料中并在内部缺陷或夹杂物处结合成氢分子(氢气)时，所引起普通碳素钢和低合金钢板内的平面裂纹。
氢诱导开裂裂纹是由于氢聚集后压力增大而生产的，能够引起氢诱导开裂的聚集点常常位于钢中杂质水平较高的地方，这些地方是由于杂质偏析所形成具有较高密度的平面型夹渣或异常显微组织(如带状组织)。氢诱导开裂的产生不需要施加外部应力，且与焊接无关。
氧鼓泡(HB)
hydrogen blistering
发生在钢板表面或近表面的氢诱导开裂常常表现为氢鼓泡。
阶梯裂纹(SWC)
stepwise cracking
在钢材中连接相邻平面内的氢诱导开裂的一种裂纹。连接氢诱导裂纹而产生的阶梯裂纹取决干裂纹间的局部应变和裂纹周围组织因溶解氢而引起的脆化程度。
应力导向氢诱导开裂(SOHIC)
Stress-oriented hydrogen induced cracking
与主应力(残余的或施加的)方向垂直的一些阶梯小裂纹，使已有的HIC裂纹连接起来像阶梯形状的一组裂纹(通常是细小的)。这种开裂可被归类为由外应力和氢诱导开裂及周围的局部应变引起的硫化物应力开裂。应力导向氢诱导开裂(S0HIC)与硫化物应力开裂(SSC)和氢诱导开裂(HIC)及阶梯裂纹(SWC)有关
设备接触的介质存在液相水，且具备下列条件之一时应称为湿硫化氢腐蚀环境:
a)在液相水中总硫化物含量大于50mg/L。
b)液相水中pH值小于4.0，且总硫化物含量不小于1mg/L。
c)液相水口pH值大于7.6，及氨氰酸(HCN)不小于20mg/L，且总硫化物含量不小于1mg/L。
d)气相中(工艺流体中含有液相水)硫化氢分压(绝压)大于0.0003MPa。
注:总硫化物主要指溶解在液相水中的H2Saq、HS+、S2-三种硫化物。
湿硫化氢环境下的螺栓材料：
螺栓材料宜选用强度级别较低的普通碳素钢，低合金钢或奥氏体不锈钢。其使用状态应符合下列要求:
a)普通碳素钢为正火或退火;
b)低合金钢为调质;
c)奥氏体不锈钢为固溶处理。
普通碳素钢螺栓材料的力学性能除应满足GB/T 699的规定外，还应符合下述要求:
a)螺栓应进行-20℃冲击试验，三个试样的冲击吸收能量平均值KV2≥34，允许其中一个试样KV2≥24J:
b)断后伸长率A≥25%。
低合金钢螺栓材料的力学性能除应满足GB/T 3077的规定外，还应符合下述要求:
a)低合金钢螺栓材料应采用电炉冶炼；
b)螺栓应以组批为单位进行-20℃冲击试验，三个试样的冲击吸收能量允许其中一个试样KV2≥54J，允许其中一个试样KV2≥38J；
c)断后伸长率A≥25%。
螺栓硬度应小干等于22HRC(237HBW)。
螺栓在车螺纹之前应按照NB/T47013.4或NB/T47013.5进行100%MT或100%PT，合格级别为I级;
其他内容略，详见该标准。
引用来源:
HG/T 20581-2020
使用介质为I类湿H2S腐蚀环境时应符合下列规定:
当容器接触的介质中含有游离水，且H2S浓度大于50ppmw时，称为湿H2S腐蚀环境。
当化工容器接触的介质同时符合下列各项条件时，即为I类湿H2S腐蚀环境
1)温度为室温到150℃;
2)液相中硫化物浓度>50ppmw；
3)气相中H2S分压大于等于0.3kPa；
4)液相中硫化物的浓度小干2000ppmw，目pH<4;或液相中硫化物的浓度小于2000ppmw，pH>7.6，且氰化物(HCN)<20ppmw.
在I类湿H2S腐蚀环境中使用的碳素钢及低合金钢应符合下列要求:
1)材料标准规定的屈服强度下限值ReL≤355MPa。
2)材料实测的抗拉强度Rm≤630MPa。
3)材料使用状态应至少为正火、正火＋回火或调质等。
4)碳素钢的碳当量限制:CE≤0.43:低合金钢的碳当量限制:CE≤0.45
5)材料中不得添加铅、晒等元素。
6)材料为非焊接件或经焊后热处理时，硬度限制应符合表6.8.2的要求。
7)壳体用钢板厚度大于等干12mm时，应按现行行业标准《承压设备元损检测第3部分:超声检测》NB/T47013.3进行超声检测，质量等级不低于II级要求为合格。
8)不应采用铜及各种铜合金。
9)壳体用钢板的腐蚀裕量不应小于3mm。
10)为了防止应力腐蚀开裂，母材不宜采用金属涂层(电镀或化学镀)、转化涂层、塑料涂层等结构。
1)可能发生I类湿H2S腐蚀环境的容器应进行焊后消除应力热处理，焊后热处理温度应按标准要求尽可能取上限。碳素钢焊后热处理的保温时间一般为1h/25mm且不低于1h，推荐的热处理温度为(607±14)℃～(635±14)℃;
2)热处理宜采用炉内整体消除应力热处理。
容器工作条件同时符合下列条件时，为II类温H2S腐蚀环境:
1)温度为室温到150℃;
2)液相中硫化物浓度>50ppmw
3)气相中H2S分压大于等于0.3kPa
4)液相中硫化物的浓度大于2000ppmw，且pH<4;或液相中硫化物的浓度大于2000ppmw，pH>7.6且氰化物(HCN)≥20ppmw;或液相中NH4HS质量分数大于2%。
当容器处于II类温H2S腐蚀环境时，除应符合I类的技术要求外，还应符合下列技术要求:
1)材料化学成分(成品分析):S≤0.003%;P≤0.010%;Ni<1.0%;[0] ≤0.0020%
2)板厚方向断面收缩率:ψ≥35%(3个试样平均值); ψ≥25%(单个试样最低值)。
3)对于HIC钢板，钢板的抗氢致开裂HIC试验结果等级不应低于现行国家标准《锅炉和压力容器用钢板》GB/T 713-2014中的I级要求。