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压力容器常用钢16MnR和316L不锈钢在含硫和Cl~介质中的腐蚀试验研究

刘富胜

  腐蚀问题在炼油、化工、天然气生产和输送过程中普遍存在,因腐蚀造成的破坏事故也时有发生,其中应力腐蚀开裂是事故中危害最大的破坏形式之一,而导致钢材产生应力腐蚀的因素除应力外,钢材所处的环境条件也影响钢材应力腐蚀开裂,如腐蚀介质的硫化氢浓度、氯离子浓度、pH值和温度等。本文采用均匀设计方法合理安排试验介质浓度水平,采用慢应变速率试验方法,修正了原计算16MnR钢在含硫化氢和氯离子介质中的敏感性指数的方程,得出了起始的敏感性硫化氢浓度,并探讨了其它影响因素。考虑了不同的硫化氢浓度、氯离于含量以及pH值和温度对316L奥氏体不锈钢在含硫化氢和氯离子介质中应力腐蚀开裂的综合影响,并采用均匀设计软件包对计算316L奥氏体不锈钢敏感性指数的F(A)、F(δ)和 F(T)进行了回归处理,分析得出了用慢拉伸应力应变下的曲线面积比F(A)评定316L奥氏体不锈钢敏感性较为合适,同时给出了估算公式:F(A)=-11.46+0.61Χ_3-9.12×10~(-2)Χ_4+1.84×10~(-5)Χ_1Χ_2+3.09×10~(-5)Χ_2~2本文结合316L钢慢拉伸腐蚀断裂试样断口的扫描电镜分析和断口能谱分析,研究了硫化氢浓度、氯离子含量、温度和pH值对316L奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂的影响,认为温度、Cl~-浓度对316L钢应力腐蚀的敏感性影响较大,而H_2S和pH值的影响相对较小;Cl~-浓度在250ppm以下,属塑性断裂;在250ppm时,出现了应力腐蚀的特征;当Cl~-浓度达到310ppm时,应力腐蚀特征明显;氯离子的存在是造成不锈钢脆性断裂的主要原因。本文还进行了挂片试验研究,通过把各种腐蚀挂片试样放入含硫化氢和氯离子的典型常减压设备,定期取出各种腐蚀试样,进行检测和分析研究,得出了16MnR试样的平均腐蚀速率和平均裂纹扩展速率;通过金相显微镜和视频显微镜观察,研究分析了介质对材料应力腐蚀的影响。……