・１５０・ 干燥技术与设备 Ｄｒｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０１ １年第９卷第３期 Ｈ Ｓ介质中常用钢材焊接处腐蚀的研究 范红梅 ，章英如 ，刘君彦 ，董再胜。 （１．山东天力干燥股份有限公司，山东济南２５０１０４；２．中国石化集团南京工程有限公司，江苏南京２１１１００ ３．济南钢铁集团，山东济南２５０１０１） 摘要：着重研究在Ｈ２ｓ介质中３１６Ｌ、１６ＭｎＲ、２０ 钢三种常用材质焊接部位的应力腐蚀及应力腐蚀过程中的电化 学行为。通过应力腐蚀试验方法，对上述三种材质在Ｈ ｓ介质中的应力腐蚀开裂的敏感性进行评定，同时测定其在 Ｈ ｓ介质中发生的电位变化。为选用适于Ｈ２Ｓ介质的抗应力腐蚀容器材质提供依据，也为采用电化学方法提高Ｈ ｓ介质 中材质的抗应力、腐蚀性能提供依据。 关键词：Ｈ２ｓ；电化学；应力腐蚀 中图分类号：ＴＧ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１７２７—３０８０（２０１ １）０３—０１５０—０６ 一引言 近年来，在石化、冶金、海洋等行业内出现 位变化情况。通过三种材料在Ｈ ｓ介质中发生应 力腐蚀开裂的临界电位和敏感性电位区域的确 很多关于设备应力腐蚀开裂造成重大事故的报 道…。 。鉴于３１６Ｌ、１６ＭｎＲ、２０ 钢等材质在上 述行业内有着非常广泛的应用，一旦发生应力腐 定，为在ＨｚＳ介质中选用适用材质提供依据，同 时为利用电化学方法提高ＨｚＳ介质中材质抗应力 腐蚀的性能提供依据。 蚀往往会造成重大事故灾害，而这种灾害的发生 往往是突发性的，因此设备（特别是压力容器） 发生应力腐蚀的防止变得越来越重要。设备材质 在腐蚀介质中产生应力腐蚀倾向时，其电位将逐 步发生变化，用电化学方法防止设备材质发生应 力腐蚀的研究与应用就变得十分必要和重要。 二试验条件 １试验设备 （１）ＳＳＲＴ试验的试验机：日本东申工业株 式会社制造的ＳＥＲＴ一５０００一Ｄ９Ｈ型恒慢应变速率 本文所涉及的常用材质为：３１６Ｌ、１６ＭｎＲ、 ２０ 钢，研究其在Ｈ。ｓ介质中的应力腐蚀及应力 腐蚀过程中的电化学行为，：采用慢应变速率应力 腐蚀试验方法（ＳＳＲＴ），评定上述三种材质在Ｈ ｓ 介质中的应力腐蚀的敏感性，对三种材质在Ｈ ｓ 介质中进行慢拉伸过程中的电位变化过程进行 记录，测定其在Ｈ ｓ介质中 发生应力腐蚀时的电 应力腐蚀试验机。 （２）断口微观扫描电镜：日本日立公司的 Ｓ一５７０型扫描电镜。 收稿日期：２０１１－５ ３。 作者简介：范红梅，女，１９７４年生。工程师，长期从事 化工设备设计、装备研究开发工作。现就职于山东天力 干燥股份有限公司。 第３期 范红梅等，Ｈ２Ｓ介质中常用钢材焊接处腐蚀的研究 ・ｌ５ｌ・ （３）恒电位仪：ＨＤＶ一７Ｃ恒电位仪。 ２试验方法 （２）Ｈｚｓ介质按ＮＡＣＥ Ｔ／ｄＯ１７７－９６标准执行。 ３试验样品 按照ＧＢ／Ｔ１５９７０．７—２０００（ｉｄｔ ＩＳ０７５３９—７： （１）慢应变速率应力腐蚀试验方法按照 ＧＢ／Ｔ１５９７０．７—２Ｏ００（ｉｄｔ ＩＳ０７５３９—７：１９８９）金 １９８９）标准，进行本次试验的试样为光滑的板状 试样。试样的形状及尺寸如下图１所示，试样的 属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第７部分：《慢 应变速率试验》标准执行。 化学成分和力学性能见表１、表２。 ７４ ‘辱 ２７一一． ２０ ．｜（２７Ｌ ｃ、Ｊ ± ０．０５ Ａ ｔ ∞ 一 ０－ ｒ●－－＿ ｅ Ｉ Ｉ Ｎ ， ２０ ｌ『 ： Ｉｆ 、 一， ｌ 么 ４－ｔ ｔ８ １２ Ｉ一 ｌ’ ５０ 一 （１２］ 图１试样的形状及尺寸 表１ ２０ １６ＭｎＲ ３１６Ｌ化学成份（％实测值） 表２ ２０ １６ＭｎＲ ３１６Ｌ力学性能（实测值） ． ４温度压力条件 ６应变速率的确定 本次试验研究选用的试验温度为室温，压力 控制应力腐蚀的关键就是应变速率，已经研 为常压。 究的结果及大量的资料和文献都证明，产生应力 ５试验介质 腐蚀敏感的应变速率都集中在１０一～１０１Ｓ 范围 本次试验研究确定的Ｈ Ｓ介质为饱和的Ｈ。Ｓ 内。在此基础上，并根据本次试验采用的标准， 确定本次试验研究的应变速率为：３１６Ｌ为ｌ０ ｓ１ 水溶液。饱和的Ｈ２Ｓ水溶液为０．５％ＨＡＣ＋５％ＮａＣ１＋ 数量级，２０ 、１６￣ｌｎＲ为１０ Ｓ１数量级。 饱和Ｈ。Ｓ水溶液。在通Ｈ。Ｓ气体之前，用氮气去 氧。进行电化学试验测试时，采用饱和甘汞电极 三试验结果的评定 为参比电极。 ＳＳＲＴ试验结果的评定，一般原则由以下几 ・ｌ５２・ 干燥技术与设备 Ｄｒｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０１ １年第９卷 种方法进行评定： １在载荷一拉伸曲线上，将在惰性介质中的 其中：Ｉｓｃｃ——应力腐蚀敏感性指数 Ｉ情——在惰性介质中的试验参数（０ 、 ６ ５、 １ｌｒ） 各特征参数与在腐蚀介质中的特征参数进行对 比，从而判断应力腐蚀敏感性。 ２借助低倍显微镜，对断裂的试样表面进行 二次裂纹的观察以做定性的评定，然后用金相技 术，对二次裂纹的长度进行测量，再根据试样的 【庸——在腐蚀介质中的试验参数（０ 、 ６ ｎ ） Ｉ 。值越大，应力腐蚀敏感性越大。 破断时间可以计算出平均裂纹扩展速率，以进行 应力腐蚀敏感性的评定。 （２）借助低倍显微镜进行二次裂纹的宏观 观察。 ３借助扫描电镜，对断口上应力腐蚀区域进 行测量，按其所占的比例进行应力腐蚀敏感性的 评定。 （３）借助扫描电镜对断口形貌进行分析， 对断裂试样的断口形貌进行观察以定性的评定， 然后对有应力腐蚀区域的长度及宽度进行测量， 再根据试样的破断时间可以计算出平均裂纹扩 展速率，进行应力腐蚀敏感性的评定。 除上述方法以外，还有人用其他方法来进行 ＳＳＲＴ的试验结果的评定。 （４）结合电化学试验测试三种材料在Ｈ ｓ 介质中中发生应力腐蚀的临界电位和敏感性电 位区 本次试验根据我们已研究的结果 及有关 文献 采用下述几种方法进行ＳＳＲＴ试验结果的 综合评定。 四电化学试验结果 三种材料在Ｈ ｓ介质中以及慢应变速率应力 腐蚀试验过程中的电化学电位测试结果进行汇 总分类计算，发生ＳＣＣ的临界电位和敏感性电位 区域见表３。 ： 』惰 （１）在载荷一拉伸曲线上，将在惰性介质 中的各特征参数与在腐蚀介质中的特征参数进 行对比，采用公式进行ＳＳＲＴ试验结果评定，公 式如下： ×１００％ 表３三种材料发生应力腐蚀的临界电位和敏感性电位区域 第３期 范红梅等，Ｈ２Ｓ介质中常用钢材焊接处腐蚀的研究 ・１５３・ 五试验结果 １三种材料在Ｈ２Ｓ介质中室温时慢拉伸试验结果列于表４。 ２慢应变应力腐蚀破断平均速率 应力腐蚀破断平均速率是从已经完全破断 方法是根据试样破断断口形貌的扫描电镜分析， 的试样断面上，测得的最长裂纹长度除以破断时 精确地测出断口上ＳＣＣ区域地最大长度除以破 间来确定。结合本次试验的具体情况，即所采用 断时间来确定的，本次试验的所有断口形貌中均 的试样为板状试样，有最大长度和最小宽度两个 有明显的ＳＣＣ区，并测出断口上ＳＣＣ区域地最大 数值，分别计算出慢应变应力腐蚀破断的最大速 长度，因此可以计算出３１６Ｌ、１６ＭｎＲ、２０ 在Ｈ Ｓ 率、最小速率和平均速率。有关试验结果见表５。 介质中发生ＳＣＣ的平均裂纹扩展速率ｄａ／ｄｔ。有 计算慢应变应力腐蚀破断平均速率的合理 关试验结果见表６。 表５ ３１６Ｌ、１６ＭｎＲ、２０在Ｈ 介质中慢应变应力腐蚀破断速率 ２０ ６０ １．９０ ３．７Ｏ ０．０３００ ０．０６００ ０．０４５０ １６ＭｎＲ ７２ １．８Ｏ ２．８４ ０．０２５０ ０．０４００ ０．０３２０ ３１６Ｌ ２０５０ １．４６ ３．２６ ０．０００７ ０．００１６ ０．００１２ 表６ ３１ ６Ｌ、１ ６ＭｎＲ、２０在Ｈ ｓ介质中ＳＣＣ区平均裂纹扩展速率ｄａ／ｄｔ ２０ １ ３００ ０．３００ １６ＭｎＲ １．２ ２６５ ０．２２０ ３１６Ｌ ３５．５ ２００ ０．００６ 五试验结果分析与讨论 １．２０ 在Ｈ２Ｓ介质中有明显的应力腐蚀倾向。 二次裂纹。拉伸试验曲线围成的面积反映出的应 表现为其屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收 力腐蚀敏感性指数Ｉ。 大。 缩率均有明显的下降，试样表面有明显的微二次 ３．３１６Ｌ在Ｈ２ｓ介质中也有的应力腐蚀倾向。 裂纹。拉伸试验曲线围成的面积反映出的应力腐 表现为其屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收 蚀敏感性指数Ｉ。。 大。 缩率均有明显的下降，试样表面有少量的微二次 ２．１６ＭｎＲ在Ｈｚｓ介质中有明显的应力腐蚀倾 裂纹。拉伸试验曲线围成的面积反映出的应力腐 向。表现为其屈服强度、抗拉强度、延伸率和断 蚀敏感性指数Ｉ。。 大。 面收缩率均有明显的下降，试样表面有明显的微 关于应力腐蚀开裂敏感性指数Ｉｓｃｃ衡量应 干燥技术与设备 ・ｌ５４・ Ｄｒｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０１ １年第９卷 力腐蚀开裂敏感性大小的一般评定：当Ｉ ＳＣＣ大 ２０ 、１６ＭｎＲ应力腐蚀破断平均速率要低得多，发 于３５％，研究体系具有明显的应力腐蚀倾向；当 生ＳＣＣ的平均裂纹扩展速率比２０ 、１６ＭｎＲ发生 Ｉｓｃｃ介于２５％￣３５％之间，研究体系有应力腐蚀倾 ＳＣＣ的平均裂纹扩展速率要低得多。 向；当ＩＳＣＣ小于２５％，研究体系没有明显的应 六参考文献 力腐蚀倾向。 ［１】唐懿等．压力容器用材的硫化氢应力腐蚀研究［Ｊ］． 从表４的试验结果来看，各项应力腐蚀敏感 压力容器增刊，２００１，１８（增）：５－９． 性指数均表明：３１６Ｌ在Ｈｚｓ介质中的抗应力腐蚀 性能要比２０钢和１６ＭｎＲ在Ｈ。ｓ介质中的抗应力 ［２】陈学东等．模拟催化再生器介质条件下的１６ＭｎＲ钢应 腐蚀性能好得多，虽然３】６Ｌ在Ｈ Ｓ介质中也有 力腐蚀开裂试验研究［Ｊ］．压力容器，２００４，２１（５）： ｌ一７． 的应力腐蚀倾向，但其各项应力腐蚀敏感性指数 Ｉｓｃｃ都较低，这与很多实际使用情况基本相符。 【３合肥通用机械研究所．双相不锈钢ＳＡＦ２２０５、ＳＡＦ２５０７ ３］４．从表１４、表１５的试验结果来看：Ｈ２Ｓ介 及焊接接头在海水硫化氢溶液中的应力腐蚀试验研 质中的腐蚀破断平均速率与ＨｚＳ介质中发生ＳＣＣ 究报告．２００２，内部资料． 的平均裂纹扩展速率的相比，结果比较一致， ［４】陆世英等《不锈钢应力腐蚀破裂》［Ｍ］．科学出版社， ３１６Ｌ在Ｈｚｓ介质中的应力腐蚀破断平均速率比 １９７７ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｚｏｎｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐａｒｔｓ ｉｎ Ｈ２Ｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ＦＡＮＨｏｎｇ－ｍｅｉｌＺＨＡＮＧ Ｈｎｇ—ｒｕ２ＬＩＵＪｕｎ－ｙａｎ１ ＤＯＮＧ Ｚａｉ－ｓｈｅｎｇ３ ．，（１ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｔｉａｎｌｉ Ｄｒｙｉｎｇ ＣＯ．，ｌｔｄ．Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０４，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｓｉｎｏｐｅｃ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎｃ．Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １００，Ｃｈｉｎａ； ３ Ｊｉｎａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔ ｒ ａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ３ １ ６Ｌ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ，１６ＭｎＲ ａｎｄ ２０ ｓｔｅｅｌ ｉｎ Ｈ２Ｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗａｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｅｓｔ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ Ｈ２Ｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｉｓ ｔｅｓｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｈｔｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｉ．－ｓｒｔｅｓｓ・・ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｖｅｓｓｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｔｉ－－ｓｔｒｅｓｓ・－ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈ２Ｓ；Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ 第３期 范红梅等，Ｈ２Ｓ介质中常用钢材焊接处腐蚀的研究 ・ｌ５５・ ∽ 咔辈事繇嚣擘 葬 熏…寸僻 ＿０ ∞．∞０ ．Ｎ ＾ ｖ ０ Ｈ 蝤 ８∽ ∽ 尽 ． ０ ０．０∞ 【＿．．【 ０． ∞ ∞．＿【∞ 量卜．的 ＿【．一＿褂 旧 ． 卜．∞＇【 ．∞一 ∞．饕× 一∽ 蟋 ｐ 坦 键 旧 ｃｏ ０∞０ ①０＿【 旧豁 ∞．萎 ０ ０．ｖ．．－ａ ．￡ ∞．． ０ ０．０．ｚ ０．０．＿【卜 ０．∞． ∞ 毒 隈 ０ Ｎ星／Ｎ ０．鸟 ¨ ０．兮 ∞ ０－０ ∞ ¨ 露 ０ ０．０－¨嘣 ０－ｇＮ 嚼噬噬 舳。ｂ ０． ＿【∞ ０．００∞ ０． ∞∞ ０．￡＿【∞ ０． 卜∞ ０．∞Ｎ∞ 》斛好 硝 ｃ＿【目＼—茸昌 ∞ ．【０．０×崎 ９＿【．【０．０×崎 ＿【０．０×∞ ０ ∞．Ｉ ＿【＿【０．０×∞ 【＿０．０×∞．０ 卜∞ 【∞ ∞＇【 时 【＿０．０ｘ兮．０
