硫化氫環(huán)境中17-4PH鋼抗氫致開裂與應(yīng)力腐蝕開裂性能
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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無(wú)錫不銹鋼材料在濕H2S環(huán)境中的腐蝕開裂時(shí)有發(fā)生，17-4PH是一種典型的馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高、硬度高，耐蝕性能優(yōu)于普通馬氏體無(wú)錫不銹鋼，并可通過(guò)改變熱處理工藝調(diào)整強(qiáng)度級(jí)別。馬氏體相變和時(shí)效處理形成沉淀硬化相是其主要強(qiáng)化手段，由于其衰減性能好，抗腐蝕疲勞及疏水性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于海上平臺(tái)、渦輪機(jī)葉片、閥門、機(jī)械零部件等。本工作對(duì)17-4PH不銹鋼在硫化氫環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)力腐蝕與氫致開裂試驗(yàn)，探索其耐硫化氫的適用范圍和條件，為石油化工設(shè)備構(gòu)件的安全運(yùn)行和維護(hù)提供依據(jù)。
本試驗(yàn)所用材料為17-4PH鋼，實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度1020MPa，屈服強(qiáng)度725MPa，伸長(zhǎng)率20%，斷面收縮率65%。熱處理方式為1050℃保溫60min，油冷，再經(jīng)630℃保溫5h，空冷。其化學(xué)成分見表1。
表1 17-4PH鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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C
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Mn
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Si
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P
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S
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Ni
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Cr
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Mo
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V
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Al
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Nb
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N
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Cu
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0.05
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0.6
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0.5
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0.02
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0.003
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3.8
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16.5
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0.23
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-
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-
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0.2
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0.03
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3.05
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根據(jù)美國(guó)NACE標(biāo)準(zhǔn)研究了17-4PH鋼在酸性H2S水溶液中的抗氫致開裂（HIC）和應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的性能，用光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡（SEM）觀察了裂紋形貌，并結(jié)合理論分析了材料的致氫開裂與應(yīng)力腐蝕開裂行為。
結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)NACE試驗(yàn)溶液中會(huì)產(chǎn)生氫致裂紋，試樣內(nèi)部微裂紋主要在晶界、夾雜等缺陷處成核并擴(kuò)展；標(biāo)準(zhǔn)C型環(huán)試樣在0.8σs的恒應(yīng)力作用下，浸泡于飽和硫化氫溶液中，720h內(nèi)3組試樣均發(fā)生斷裂，表明其SCC敏感性較大，試樣的宏觀裂紋由邊緣向內(nèi)部擴(kuò)展；掃描電鏡結(jié)果顯示，SCC斷口有明顯的脆性斷裂（解理斷口）特征，應(yīng)力腐蝕開裂是由HIC引起，且裂紋擴(kuò)展形式多為穿晶型。