硫化氫條件下的氫致開裂和定向應力氫誘導開裂(HIC/SOHIC-H 2 S)

H.8.1 概述

氫致開裂可以定義為金屬內部不同平面上或金屬表面的鄰近的氫鼓泡的相互連接而逐步形成的內部開裂。形成 HIC 不需要有外部作用壓力。開裂的驅動力是由于氫鼓泡內部壓力的累積而在氫鼓泡周圍形成的高壓。在這些高壓區之間不同的平面上的鼓泡相互連接從而導致剛才內部裂紋的產生和發展。

鼓泡內壓力的累積與鋼材中氫的固溶量有關。鋼中氫的來源是鋼與濕硫化氫反應產生的。在這個反應中必需有水的存在氫的固溶量與兩個環境參數有關 pH 值和水中的 H 2 S含量。典型地(人們發現鋼中氫的固溶量在 pH 值接近中性的溶液中最低)而在 pH 值較低和

較高的溶液中增加。在較低 pH 值中的腐蝕原因是因為 H 2 S反之在高 pH 值中腐蝕是因為高濃度的二硫化物離子。在高 pH 值溶液中存在氰化物能夠加劇氫滲透到鋼材中。目前已知氫滲透隨 H 2 S 含量例如 H 2 S 在氣相中的分壓或液相中的 H 2 S 含量的增加而增大。含有 50 ppm

H 2 S 這樣小濃度的水也發現足以引起 HIC。

氫鼓泡是鋼中的一些平坦的、充滿氫的、不連續的孔洞如(氣孔、夾雜、分層、硫化物夾雜)。鼓泡經常產生在軋制厚鋼板中特別是那些由于硫化物夾雜被拉伸后而產生的帶狀微觀結構。由于氫鼓泡而引起的對 HIC 的敏感性主要與厚鋼板的質量有關也就是鋼板中夾雜物不連續的數量、面積、和形狀。對此鋼中的硫含量是關鍵的材料參數。降低鋼的硫含量可以減輕鋼對氫鼓泡和對 HIC 的敏感性。加入鈣來控制硫化物形式一般來說是有利的。

SOHIC 可定義為大量的小的鼓泡由于氫致開裂在局部的高拉應力作用下在鋼板厚度方向上的聯合。SOHIC 是 HIC 的一個特別形式經常出現在母材的焊縫和熱影響區附近因為在壓力作用來自內部的壓力和焊后殘余應力的聯合作用下在此處產生了最大的應力。

由于 HIC 厚鋼板的質量是對 SOHIC 敏感性的關鍵參數。另外通過 PWHT 可以減輕 SOHIC 的產生和強度但不能消除它。應力作用的水平也影響著 SOHIC 的發生和強度。HIC/SOHIC 板

材制品中出現得較為突出但曾經有少數報道在管材中也有類似現象通常在那些輸送氫的較為苛刻的環境中。

H.8.2 基礎數據

表 H-11 中列出的是預測碳鋼設備和管線對 HIC/SOHIC 敏感性所需的數據。如果無法得知準確的工藝參數則需請知識淵博的工藝工程師來獲得最佳的估計。如果鋼板中的硫含量不知道則需請知識淵博的材料工程師來估計鋼的質量。

H.8.3 確定環境苛刻度

如果沒有水存在則認為設備和管線對 SCC/SOHIC 沒有敏感性。如果有水存在則用從表 H-12 中得出的有關水中的 H 2 S 含量和它的 pH 值的基礎數據再從表 H-13 中估計環境苛刻度潛在的氫溶解量。

*如果有氰化物存在在 pH8.3 和 H 2 S 濃度大于 1000 ppm 時 SCC 的敏感性將增大。

H.8.4 確定設備 HIC/SOHIC 的敏感性

對于用鋼板焊接或卷制而成的設備和大直徑管線用從表 H-12 中確定的環境苛刻度和

表 H-11 中列出的關于鋼板中硫化物含量和焊后熱處理的基礎數據從表 H-13 中確定

HIC/SOHIC 的敏感性。小直徑的設備和管線通常被認為 HIC/SOHIC 敏感性較低除非在它沒有進行過焊后熱處理并暴露在高苛刻度環境的情況外。此情況下應認為它具有中等敏感性。

圖 H-6 是確定對 HIC/SOHIC 敏感性的步驟流程圖。

b典型地包括 A70、A201、A212、A285、A515 和 1990 年以前的大多數 A516。

a典型地包括 20 世紀 80 年代的早期添加了鈣的 A516HIC鋼。

C典型地包括 20 世紀 90 年代的后期 A516(HIC)鋼