硫化氫環境中17-4PH鋼抗氫致開裂與應力腐蝕開裂性能
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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無錫不銹鋼材料在濕H2S環境中的腐蝕開裂時有發生，17-4PH是一種典型的馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，其性能特點是強度高、硬度高，耐蝕性能優于普通馬氏體無錫不銹鋼，并可通過改變熱處理工藝調整強度級別。馬氏體相變和時效處理形成沉淀硬化相是其主要強化手段，由于其衰減性能好，抗腐蝕疲勞及疏水性強，被廣泛應用于海上平臺、渦輪機葉片、閥門、機械零部件等。本工作對17-4PH不銹鋼在硫化氫環境中進行應力腐蝕與氫致開裂試驗，探索其耐硫化氫的適用范圍和條件，為石油化工設備構件的安全運行和維護提供依據。
本試驗所用材料為17-4PH鋼，實測抗拉強度1020MPa，屈服強度725MPa，伸長率20%，斷面收縮率65%。熱處理方式為1050℃保溫60min，油冷，再經630℃保溫5h，空冷。其化學成分見表1。
表1 17-4PH鋼的化學成分（質量分數，%）
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C
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Mn
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Si
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P
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S
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Ni
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Cr
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Mo
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V
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Al
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Nb
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N
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Cu
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0.05
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0.6
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0.5
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0.02
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0.003
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3.8
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16.5
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0.23
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-
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-
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0.2
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0.03
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3.05
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根據美國NACE標準研究了17-4PH鋼在酸性H2S水溶液中的抗氫致開裂（HIC）和應力腐蝕開裂（SCC）的性能，用光學顯微鏡及掃描電鏡（SEM）觀察了裂紋形貌，并結合理論分析了材料的致氫開裂與應力腐蝕開裂行為。
結果表明：標準NACE試驗溶液中會產生氫致裂紋，試樣內部微裂紋主要在晶界、夾雜等缺陷處成核并擴展；標準C型環試樣在0.8σs的恒應力作用下，浸泡于飽和硫化氫溶液中，720h內3組試樣均發生斷裂，表明其SCC敏感性較大，試樣的宏觀裂紋由邊緣向內部擴展；掃描電鏡結果顯示，SCC斷口有明顯的脆性斷裂（解理斷口）特征，應力腐蝕開裂是由HIC引起，且裂紋擴展形式多為穿晶型。