影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的元素？

SSC检测是什么？

SSC：Sulfide stress cracking 硫化物应力开裂试验，也叫硫化氢应力腐蚀开裂试验，在有水的H2S存在的情况下，与腐蚀和拉应力有关的一种金属开裂。

基本要求

⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。

⑵采用有害元素(包括氢, 氧, 氮等)含量很低纯净钢;

⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小;

⑷回火稳定性好，回火温度高(>600℃);

⑸良好的韧性;

⑹消除残余拉应力。

腐蚀试验方法

NACE TM 0177-2005： 金属在H2S环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀

GB/T4157-2006 金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验

ISO 15156-1-2009 石油和天然气工业 油、气生产中含硫化氢(H2S)环境下使用的材料 耐裂化材料选择的一般原则

SY/T 0599-2006 天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求

影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的元素

（1）显微组织

对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:

铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。

注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。

（2）强度和硬度

随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。

材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22(相当于HB200)的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。

油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。

（3）合金元素及热处理

有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti

碳(C)：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。

镍(Ni)：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC<22时, 也不应该超过1%。含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。

铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬0.5%～13%是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11%时才能出现。

钼(Mo)：钼含量≤3%时，对钢在硫化氢介质中的承载能力的影响不大。

钛(Ti)：钛对低合金钢应力腐蚀开裂敏感性的影响也类似于钼。试验证明，在硫化氢介质中，含碳量低的钢(0.04%)加入钛(0.09%Ti)，对其稳定性有一定的改善作用。

锰(Mn)：锰元素是一种易偏析的元素，研究锰在硫化物腐蚀开裂过程的作用十分重要。当偏析区Mn、C含量一旦达到一定比例时，在钢材生产和设备焊接过程中，产生出马氏体/贝氏体高强度、低韧性的显微组织，表现出很高的硬度，对设备抗SSCC是不利的。对于碳钢一般限制锰含量小于1.6%。少量的Mn能将硫变为硫化物并以硫化物形式排出，同时钢在脱氧时，使用少量的锰后，也会形成良好的脱氧组织而起积极作用。在石油工业中是制造油管和套管大都采用含锰量较高的钢，如我国的36Mn2Si钢。(提高硬度)

硫(S)：硫对钢的应力腐蚀开裂稳定性是有害的。随着硫含量的增加，钢的稳定性急剧恶化，主要原因是硫化物夹杂是氢的积聚点，使金属形成有缺陷的组织。同时硫也是吸附氢的促进剂。因此，非金属夹杂物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高钢(特别是高强度钢)在引起金属增氢介质中的稳定性。

磷(P)：除了形成可引起钢红脆(热脆)和塑性降低的易熔共晶夹杂物外，还对氢原子重新组合过程(Had + Had → H2↑)起抑制作用，使金属增氢效果增加，从而也就会降低钢在酸性的、含硫化氢介质中的稳定性。

（4）冷加工

经冷轧制、冷锻、冷弯或其他制造工艺以及机械咬伤等产生的冷变形，不仅使冷变形区的硬度增大，而且还产生一个很大的残余应力，有时可高达钢材的屈服强度，从而导致对SSCC敏感。一般说来钢材随着冷加工量的增加，硬度增大，SSCC的敏感性增强。