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采用恒應(yīng)變和慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)的方法，研究了16Mn(HIC)和16Mn鋼母材、焊縫在H2S環(huán)境中應(yīng)力腐蝕開裂。結(jié)果表明：兩種材料在酸性HS介質(zhì)中均發(fā)生穿晶型硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC) ；與16Mn鋼相比，16Mn( HIC)鋼有更好的抗SSCC性能，鋼中的C ,Mn ,P和s的含量降低有利于提高鋼的抗SSCC性能，焊縫及熱影響區(qū)在焊接過程中，產(chǎn)生的粗大魏氏組織偏析縮孔和夾雜等缺陷，降低了焊縫的抗SSCC能力，但是通過焊后熱處理可以適當(dāng)提高焊縫的抗SSCC能力。

隨著國(guó)內(nèi)一些含硫油氣田的開發(fā)和進(jìn)口高硫原油加工量的不斷增加，硫化氫介質(zhì)腐蝕破壞已經(jīng)滲透到石油天然氣的鉆采、輸送和加工行業(yè)中，越來越多的碳鋼和低合金鋼設(shè)備、壓力容器和管道在濕硫化氫環(huán)境中發(fā)生腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)和氫致開裂(HIC)1-31。影響H2S腐蝕破壞的因素是多方面的，其中材料本身性能就是一個(gè)重要的方面。16Mn鋼作為一種典型的低合金鋼，有較高的強(qiáng)度、良好的韌性和低溫韌性以及焊接性能，被廣泛地用于石油天然氣各工業(yè)部門，為了能夠適應(yīng)更苛刻的硫化氫腐蝕環(huán)境，研制了16Mn 抗氫致開裂鋼，簡(jiǎn)稱16Mn(HIC)鋼，并已得到了工程應(yīng)用。本文通過對(duì)普通的16Mn鋼和16Mn (HIC)鋼以及兩種材料各自的焊縫在硫化氫環(huán)境中進(jìn)行恒應(yīng)變和慢拉伸實(shí)驗(yàn)(SSRT)，研究了兩種材料的抗氫致開裂性能，為我國(guó)石油化工的實(shí)際構(gòu)件的安全運(yùn)行和維護(hù)提供了數(shù)據(jù)積累和理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料16Mn(HIC) 鋼主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù), %)為:C,0.12; Si ,0.35; Mn,1.31; P ,0. 009；S ,0.005. 實(shí)驗(yàn)材料16Mn鋼主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：C，0.2；Si，0.36；Mn，1.51；P ,0.0165；s，0.0196實(shí)驗(yàn)中采用母材、焊縫和焊后熱處理。(PWHT)三種試樣焊接采用的是Y形坡口，手工電弧焊(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 985- 80)，焊條為THJ 506。

焊后熱處理工藝為650 °Cx2h恒應(yīng)變實(shí)驗(yàn)試樣尺寸為120 mm x14 mm x2 mm；慢拉伸實(shí)驗(yàn)試樣的標(biāo)距為46. 4 mm X25 mm。實(shí)驗(yàn)前試樣表面用SiC砂紙打磨至1 000#，用丙酮溶液清洗干凈。

實(shí)驗(yàn)中采用的溶液為NACE TM0177- 96標(biāo)準(zhǔn)溶液制備方法是：首先配制5% NaCl +0.5%CH3COOH溶液，通入高純氮?dú)獬?2 h，然后再通入高純H2S氣體至飽和(pH=3.2，硫化氫質(zhì)量濃度約3500mg L)。

恒應(yīng)變實(shí)驗(yàn)采用U形彎曲加載試樣，參考ASTM G30- 97，試樣失效后對(duì)裂紋走向和表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析；慢應(yīng)變拉伸實(shí)驗(yàn)在WDML-3慢拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)(中國(guó)，西安)上進(jìn)行，安裝好的試樣在實(shí)驗(yàn)溶液中預(yù)先浸泡24 h后再加載，拉伸速率為10-5 mm s1，實(shí)驗(yàn)溫度為25 +2 °C試樣斷裂后，計(jì)算試樣的延伸率δ斷面收縮率4和脆性系數(shù)1，其中脆性系數(shù)用下式計(jì)算：

式中，40為試樣在空氣中斷口斷面收縮率，ψ為試樣在介質(zhì)中斷口斷面收縮率。脆性系數(shù)1用以衡量鋼在介質(zhì)中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，一般認(rèn)為，在硫化氫環(huán)境中，當(dāng)I高于35 %時(shí)則表現(xiàn)出全脆性斷裂。所有試樣斷口在L EO- 1450掃描電鏡上進(jìn)行斷口分析。

結(jié)論

（1）16Mn( HIC)鋼和16Mn鋼及其焊縫在酸性H2S介質(zhì)中均發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，表現(xiàn)為完全脆性，斷裂模式為穿晶型，開裂機(jī)制為氫致開裂。

（2）16Mn(HIC) 鋼抗SSCC性能優(yōu)于16Mn鋼，控制鋼中的C ,Mn,P ,S的含量有利于提高鋼的抗SSCC性能。

（3）在焊接過程中，焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生的粗大魏氏組織、偏析、縮孔和夾雜等缺陷，造成組織和性能上的不均勻致使焊縫的抗sscc能力比母材。低焊縫通過焊后熱處理可以提高抗SSCC能力。