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輸油管線在濕H2S條件下一般發(fā)生如下幾種破壞：HB, HIC, SOHIC和SSCC。其中SSCC和材料的種類、組織及熱處理等因素有關(guān)，而且它還是一種氫致腐蝕開裂(HIC)，只有當(dāng)原子氫的濃度超過一定值時，或氫在金屬中的擴(kuò)散量超過某一臨界值時，SSCC才會發(fā)生。一般說來，它主要發(fā)生于中、高強(qiáng)度的材料。

16Mn鋼被廣泛地用于上述工業(yè)部門，近年又開發(fā)并采用了耐HIC的16Mn(HIC)鋼。但國內(nèi)對這些材料的抗HIC性能和焊縫的SCC性能的研究還較少。盡管不少學(xué)者對16Mn鋼SSCC進(jìn)行了研究，但是國內(nèi)外報道16Mn(HIC)及其焊縫在濕硫化氫環(huán)境下SCC的很少，因而研究對比這兩種材料及其焊縫區(qū)域在H2S介質(zhì)中的SCC行為規(guī)律有其重要的理論意義和實(shí)用價值。

1、實(shí)驗(yàn)方法

1.1、實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料主要有16Mn鋼和16Mn(HIC)鋼，其主要化學(xué)成分見表1所示。其中16Mn鋼采用的是商用軋板，16Mn(HIC)鋼用的是電弧爐煉制的鍛坯。所用焊接材料是將上述兩種基材切開后進(jìn)行手工電弧焊(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T15970，Y型坡口，焊條THJ506)。焊后部分試樣再650C進(jìn)行2小時的退火熱處理。

1.2、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用拉伸試樣和U型彎浸泡試樣在實(shí)驗(yàn)前其表面都經(jīng)過除銹，并用水砂紙打磨至800井。在溶液中SSRT試驗(yàn)前試驗(yàn)都進(jìn)行24小時預(yù)浸泡處理(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T15970.3)。16Mn鋼的拉伸試樣的受力方向和U型彎試樣的長彎面都與軋向一致。試樣尺寸均參照GB/T15970的相關(guān)內(nèi)容制定。本實(shí)驗(yàn)的研究介質(zhì)采用的是標(biāo)準(zhǔn)NACE溶液，即H2S(飽和)+5%NaCl+0.5%CH3COOH溶液，其室溫pH值為3.0~3. 5。SSRT實(shí)驗(yàn)在WDML- 30KN慢拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

2、結(jié)果與討論

2.1金像實(shí)驗(yàn)

在光學(xué)顯微鏡下觀察試驗(yàn)材料的金相組織，結(jié)果如圖1所示。由圖1a可見，16Mn鋼基體的組織為層狀分布的珠光體和鐵素體組織，層面平行于軋面,晶粒細(xì)小均勻；熱影響區(qū)組織有些紊亂，珠光體和鐵素體組織交錯分布，晶粒有所長大；焊縫組織比較均勻，鐵素體密度較小，而晶粒普遍較大。由圖1b可見16Mn( HIC)基體的晶粒均勻細(xì)小，鐵素體晶粒居多，珠光體含量與16Mn 鋼基體相比明顯減少，且多分布均勻分布于晶界附近；而其熱影響區(qū)組織雖均勻但明顯粗化，晶粒內(nèi)部珠光體呈點(diǎn)鏈狀分布，類似貝氏體組織；其焊縫為粗大的魚骨狀的魏氏體組織，出現(xiàn)嚴(yán)重劣化。

2.2、U 型試樣結(jié)果

U型彎試樣在NACE溶液中浸泡——至五天內(nèi)分別產(chǎn)生了裂紋或斷裂，圖2給出了各種試樣首次發(fā)生開裂時的平均浸泡時間。由該圖可見,對于每種材料焊接未熱處理的試樣開裂最快，焊后熱處理試樣平均開裂孕育其明顯增長，而基體材料發(fā)生開裂的浸泡時間最長；16Mn(HIC)鋼U型彎試樣與同樣條件下的16Mn鋼試樣相比，其發(fā)生開裂所需的孕育時間均較長。由此可以推斷，在實(shí)驗(yàn)條件下所有材料均有較強(qiáng)的SSCC敏感性，但16Mn和16Mn(HIC)試樣耐硫化氫SCC的性能有一定差別，后者耐蝕性較強(qiáng)。在光學(xué)顯微鏡下觀察裂紋的斷裂模式，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，16Mn鋼的U形試樣裂紋是穿晶型的，是階梯狀，呈現(xiàn)較明顯的氫致開裂裂紋特征。對清洗后的斷口表面作掃描電鏡(SEM)觀察，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見所有斷口都具有明顯的脆性斷裂特征，并且不同的斷口形貌相似，與實(shí)驗(yàn)的材質(zhì)、組織和熱處理制度關(guān)系不大。對斷口表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析發(fā)現(xiàn)主要產(chǎn)物為Fe的硫化物。

2.3、慢拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

16Mn鋼試樣的慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)(SSRT)的結(jié)果如圖5所示,16Mn(HIC)鋼的SSRT結(jié)果圖如圖6所示。

由圖5和圖6可見,16Mn鋼和16Mn(HIC)鋼在空氣中的SSRT曲線是典型的韌性斷裂曲線；經(jīng)過焊接熱處理的16Mn試樣的屈服強(qiáng)度σ有明顯降低,而16Mn(HIC)的無明顯差別。16Mn鋼和16Mn(HIC)鋼材料在NACE溶液中的SSRT行為具有明顯脆性斷裂特征；焊接未熱處理的試樣發(fā)生斷裂較快，抗應(yīng)力腐蝕性能較差；而基材和經(jīng)過熱處理的焊接試樣的延伸率稍大且很相近,表現(xiàn)出稍好的應(yīng)力腐蝕敏感性。但由圖中曲線下方包圍的面積可以看出16Mn(HIC)鋼的明顯高于16Mn鋼,說明前者的耐濕H2S環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂性能高于后者。

截取在空氣中SSRT試樣的斷口部分,肉眼觀察其斷口都是杯錐狀的,其SEM觀察為韌窩狀斷口。這種斷口屬于典型的韌性斷口。在NACE溶液中的拉伸試樣的斷口部分肉眼觀察斷面平齊，進(jìn)行SEM觀察發(fā)現(xiàn)所有斷口都具有鮮明的脆性斷口特征，如圖7所示。

3、結(jié)論

（1）16Mn和16Mn(HIC)的各種試樣在NACE溶液中都具有明顯的SSCC敏感性。其開裂模式為氫致開裂型穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋。

（2）16Mn(HIC)基體、其焊縫和焊縫(熱處理)材料在NACE溶液中的抗SSCC的性能分別優(yōu)于相應(yīng)的16Mn鋼基體、焊縫和焊縫(熱處理)材料，但在本實(shí)驗(yàn)條件下16Mn(HIC)及其焊縫不具有較明顯的抗SSCC的性能。

（3）16Mn和16Mn(HIC)鋼的焊縫及熱影響區(qū)的SSCC敏感性均大于其基體材料，適當(dāng)?shù)臒崽幚砟軌蚋纳撇牧系?a href="http://jinbang666.cn/details/ssc-test/2.html" target="_self">抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的性能。