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硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂(HIC/SOHIC-H2S)

发布时间:2021-04-25   来源:容大检测   浏览量:1440次
导读:硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂(HIC/SOHIC-H2S)
H.8.1 概述
氢致开裂可以定义为金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡的相互连接而逐步形成的内部开裂。形成 HIC 不需要有外部作用压力。开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压。在这些高压区之间不同的平面上的鼓泡相互连接从而导致刚才内部裂纹的产生和发展。
鼓泡内压力的累积与钢材中氢的固溶量有关。钢中氢的来源是钢与湿硫化氢反应产生的。在这个反应中必需有水的存在氢的固溶量与两个环境参数有关 pH 值和水中的 H 2 S含量。典型地(人们发现钢中氢的固溶量在 pH 值接近中性的溶液中最低)而在 pH 值较低和
较高的溶液中增加。在较低 pH 值中的腐蚀原因是因为 H 2 S反之在高 pH 值中腐蚀是因为高浓度的二硫化物离子。在高 pH 值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。目前已知氢渗透随 H 2 S 含量例如 H 2 S 在气相中的分压或液相中的 H 2 S 含量的增加而增大。含有 50 ppm
H 2 S 这样小浓度的水也发现足以引起 HIC。
氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的孔洞如(气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂)。鼓泡经常产生在轧制厚钢板中特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的带状微观结构。由于氢鼓泡而引起的对 HIC 的敏感性主要与厚钢板的质量有关也就是钢板中夹杂物不连续的数量、面积、和形状。对此钢中的硫含量是关键的材料参数。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对 HIC 的敏感性。加入钙来控制硫化物形式一般来说是有利的。
SOHIC 可定义为大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方向上的联合。SOHIC 是 HIC 的一个特别形式经常出现在母材的焊缝和热影响区附近因为在压力作用来自内部的压力和焊后残余应力的联合作用下在此处产生了最大的应力。
由于 HIC 厚钢板的质量是对 SOHIC 敏感性的关键参数。另外通过 PWHT 可以减轻 SOHIC 的产生和强度但不能消除它。应力作用的水平也影响着 SOHIC 的发生和强度。HIC/SOHIC 板
材制品中出现得较为突出但曾经有少数报道在管材中也有类似现象通常在那些输送氢的较为苛刻的环境中。
H.8.2 基础数据
表 H-11 中列出的是预测碳钢设备和管线对 HIC/SOHIC 敏感性所需的数据。如果无法得知准确的工艺参数则需请知识渊博的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢板中的硫含量不知道则需请知识渊博的材料工程师来估计钢的质量。
 
H.8.3 确定环境苛刻度
如果没有水存在则认为设备和管线对 SCC/SOHIC 没有敏感性。如果有水存在则用从表 H-12 中得出的有关水中的 H 2 S 含量和它的 pH 值的基础数据再从表 H-13 中估计环境苛刻度潜在的氢溶解量。
*如果有氰化物存在在 pH8.3 和 H 2 S 浓度大于 1000 ppm 时 SCC 的敏感性将增大。
H.8.4 确定设备 HIC/SOHIC 的敏感性
对于用钢板焊接或卷制而成的设备和大直径管线用从表 H-12 中确定的环境苛刻度和
表 H-11 中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基础数据从表 H-13 中确定
HIC/SOHIC 的敏感性。小直径的设备和管线通常被认为 HIC/SOHIC 敏感性较低除非在它没有进行过焊后热处理并暴露在高苛刻度环境的情况外。此情况下应认为它具有中等敏感性。
图 H-6 是确定对 HIC/SOHIC 敏感性的步骤流程图。
 
 
b典型地包括 A70、A201、A212、A285、A515 和 1990 年以前的大多数 A516。
a典型地包括 20 世纪 80 年代的早期添加了钙的 A516HIC钢。
C典型地包括 20 世纪 90 年代的后期 A516(HIC)钢

 

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