硫化氫腐蝕原理與防護(hù)技術(shù)PPT課件

1、1核外電子填充順序圖第1頁/共79頁2元素周期律原子核外電子排布的特點(diǎn)，特別是外層電子結(jié)構(gòu)的變化： 第一周期 H He 外層電子數(shù) 1 2 第二周期 Li Ne 外層電子數(shù) 1 8 第三周期 Na Ar 外層電子數(shù) 1 8 第四周期 K Kr 外層電子數(shù) 1 8 次外層電子數(shù) 8 18 .第2頁/共79頁3核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)） 1 H Hydrogen 氫 1s1 2 He Helium氦 1s2 3 Li Lithium 鋰 1s2 2s1 4 Be Beryllium 鈹 1s2 2s2 5 B Boron 硼 1s2 2s22p1 6 CCarbon 碳 1s2 2s22p

2、2 7 NNitrogen氮 1s2 2s22p3 8 OOxygen 氧 1s2 2s22p4 9 FFluorine氟 1s2 2s22p5 10 NeNeon氖 1s2 2s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號 英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第3頁/共79頁4 11 Na Sodium 鈉 1s2 2s22p63s1 12 Mg Magnesium 鎂 1s2 2s22p63s2 13 Al Aluminium 鋁 1s2 2s22p63s23p1 14 Si Silicon 硅 1s2 2s22p63s23p2 15 P Phosphorus 磷 1s2 2s22p63s23p3 16 Si

3、 Sulfur 硫 1s2 2s22p63s23p4 17 Cl Chlorine 氯 1s2 2s22p63s23p5 18 Ar Argon 氬 1s2 2s22p63s23p6 原子序數(shù)元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第4頁/共79頁5第5頁/共79頁6金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 金屬晶體中，結(jié)點(diǎn)上排列的是金屬原子。晶體中原子在空間的排布，可近似看成是等徑圓球的堆積。為形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)采取盡可能緊密的堆積方式，所以金屬一般密度較大，配位數(shù)較大。金屬鍵 金屬晶體中金屬原子間的結(jié)合力，稱為金屬鍵。特征：無飽和性，方向性。 金屬晶體第6頁/共79頁二、金屬腐蝕基礎(chǔ)知識二、金屬腐蝕基礎(chǔ)知識1.1.腐蝕的定

4、義腐蝕的定義 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而導(dǎo)金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而導(dǎo)致的變質(zhì)和破壞。致的變質(zhì)和破壞。金屬材料和環(huán)境介質(zhì)共同作用的體系。金屬材料和環(huán)境介質(zhì)共同作用的體系。 腐蝕速度的定義腐蝕速度的定義：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的物質(zhì)：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的物質(zhì)變質(zhì)和破壞的量。變質(zhì)和破壞的量。單位：單位：g kg-1 h-1 或或 mg kg-1 h-1。第7頁/共79頁8負(fù)負(fù)極：電勢極：電勢低低的電極。的電極。(3) (3) 導(dǎo)體導(dǎo)體 能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)( (電電) )體。體。分類分類第一類導(dǎo)體第一類導(dǎo)體( (電子導(dǎo)體電子導(dǎo)體) )第二類導(dǎo)體第二類導(dǎo)體( (離子導(dǎo)

5、體離子導(dǎo)體) )正正極：電勢極：電勢高高的電極。的電極。(1) (1) 陰、陽極陰、陽極陰極陰極：發(fā)生：發(fā)生還原還原反應(yīng)的電極反應(yīng)的電極陽極陽極：發(fā)生：發(fā)生氧化氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)的電極第8頁/共79頁9 第一類導(dǎo)體第一類導(dǎo)體( (電子導(dǎo)體電子導(dǎo)體) )：如金屬、石墨及：如金屬、石墨及某些金屬的化合物等某些金屬的化合物等, ,它是靠它是靠自由電子的定向運(yùn)自由電子的定向運(yùn)動而導(dǎo)電動而導(dǎo)電，在導(dǎo)電過程中自身不發(fā)化學(xué)變化。，在導(dǎo)電過程中自身不發(fā)化學(xué)變化。當(dāng)當(dāng)溫度升高溫度升高時由于導(dǎo)體物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動時由于導(dǎo)體物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動增加，因而電阻增大，增加，因而電阻增大，導(dǎo)電能力降低。導(dǎo)電能力降低。

6、第二類導(dǎo)體第二類導(dǎo)體( (離子導(dǎo)體離子導(dǎo)體) )：如電解質(zhì)溶液或：如電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)等。它依靠熔融的電解質(zhì)等。它依靠離子的定向離子的定向( (即離子的即離子的定向遷移定向遷移) )而導(dǎo)電而導(dǎo)電。當(dāng)。當(dāng)溫度升高溫度升高時，由于溶液的時，由于溶液的粘度降低，離子運(yùn)動速度加快，在水溶液中離粘度降低，離子運(yùn)動速度加快，在水溶液中離子水化作用減弱等原因，子水化作用減弱等原因，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。導(dǎo)電能力增強(qiáng)。 第9頁/共79頁10電極反應(yīng)電極反應(yīng)：在電極上進(jìn)行電子得：在電極上進(jìn)行電子得( (失失) )的氧的氧 化還原反應(yīng)化還原反應(yīng)陰極陰極反應(yīng)：在陰極上發(fā)生反應(yīng)：在陰極上發(fā)生得電子的還原得電子的還原 反

7、應(yīng)反應(yīng)陽極陽極反應(yīng)：在陽極上發(fā)生反應(yīng)：在陽極上發(fā)生失電子的氧化失電子的氧化 反應(yīng)反應(yīng)電池反應(yīng)電池反應(yīng)：電池的總反應(yīng)：電池的總反應(yīng)兩個電極反應(yīng)兩個電極反應(yīng) 的總結(jié)果的總結(jié)果( (之和之和) )第10頁/共79頁11(5) (5) 電解池電解池 將將化學(xué)能轉(zhuǎn)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茏優(yōu)殡娔艿难b置的裝置稱為原電池。稱為原電池。(6) (6) 原電池原電池 將將電能轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能為化學(xué)能的裝置的裝置稱為電解池。稱為電解池。第11頁/共79頁2. 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類 2.1 2.1 按腐蝕機(jī)理：按腐蝕機(jī)理： (1) (1) 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)

8、反應(yīng)而引起的變質(zhì)和損壞的現(xiàn)象應(yīng)而引起的變質(zhì)和損壞的現(xiàn)象。如鋼鐵在高溫下的。如鋼鐵在高溫下的氧化脫皮現(xiàn)象。氧化脫皮現(xiàn)象。 這是一種氧化這是一種氧化- -還原的純化學(xué)變化過程，即還原的純化學(xué)變化過程，即腐腐蝕介質(zhì)中的氧化劑直接同金屬表面的原子相互作用蝕介質(zhì)中的氧化劑直接同金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物而形成腐蝕產(chǎn)物。腐蝕過程中，電子的傳遞是在金。腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與介質(zhì)間直接進(jìn)行的，因而沒有腐蝕微電流的產(chǎn)屬與介質(zhì)間直接進(jìn)行的，因而沒有腐蝕微電流的產(chǎn)生。生。 第12頁/共79頁(2)(2)電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 指金屬與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引指金屬與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的變質(zhì)和損

9、壞的現(xiàn)象。起的變質(zhì)和損壞的現(xiàn)象。陽極(鋅電極)：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。 Zn - 2e Zn 2+陰極(氫電極)：發(fā)生還原反應(yīng)的電極 。2H+ + 2e 2H陰極去極化劑：O2等腐蝕原電池模型第13頁/共79頁第14頁/共79頁 A. 宏觀腐蝕電池宏觀腐蝕電池 （1）異金屬接觸電池）異金屬接觸電池 （2）濃差電池）濃差電池 (鹽濃差電池和氧濃差電池鹽濃差電池和氧濃差電池) （3）溫差電池）溫差電池 B. 微觀腐蝕電池微觀腐蝕電池 （1）金屬化學(xué)成分的不均勻性）金屬化學(xué)成分的不均勻性 （2）組織結(jié)構(gòu)的不均勻性）組織結(jié)構(gòu)的不均勻性 （3）金屬表面膜的不完整性）金屬表面膜的不完整性 （4）金屬表面物理

10、狀態(tài)的不均勻性）金屬表面物理狀態(tài)的不均勻性 第15頁/共79頁2.2 按腐蝕形態(tài)按腐蝕形態(tài)： 鋼 材 1. 1. 全面腐蝕全面腐蝕： 腐蝕作用發(fā)生在整個金屬表面上，腐蝕作用發(fā)生在整個金屬表面上，它可能是均勻的，也可能是不均勻的。它可能是均勻的，也可能是不均勻的。 第16頁/共79頁2.2.局部腐蝕局部腐蝕: : 腐蝕集中在金屬的局部區(qū)域，而其腐蝕集中在金屬的局部區(qū)域，而其它部分幾乎沒有腐蝕或腐蝕很輕微。它部分幾乎沒有腐蝕或腐蝕很輕微。 8 8種腐蝕形態(tài)即種腐蝕形態(tài)即: :電偶腐蝕、孔蝕（點(diǎn)蝕）、電偶腐蝕、孔蝕（點(diǎn)蝕）、縫隙腐蝕、沿晶腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕開縫隙腐蝕、沿晶腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)

11、力腐蝕開裂、腐蝕疲勞、裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕。磨損腐蝕。第17頁/共79頁全面腐蝕全面腐蝕應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕晶間腐蝕晶間腐蝕縫隙腐蝕縫隙腐蝕選擇性腐選擇性腐蝕蝕磨蝕等其磨蝕等其他他l電偶腐蝕電偶腐蝕l點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕l縫隙腐蝕縫隙腐蝕l晶間腐蝕晶間腐蝕l選擇性腐蝕選擇性腐蝕l磨損腐蝕磨損腐蝕l應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕l腐蝕疲勞腐蝕疲勞第18頁/共79頁2.3 常見的局部腐蝕形態(tài)常見的局部腐蝕形態(tài) 1. 電偶腐蝕：電偶腐蝕：異種金屬彼此接觸或通過其它導(dǎo)體異種金屬彼此接觸或通過其它導(dǎo)體連通，處于同一介質(zhì)中，會造成接觸部分的局部連通，處于同一介質(zhì)中，會造成接觸部分的局部腐蝕。其中電位較低的金屬，溶解速

12、度增大，電腐蝕。其中電位較低的金屬，溶解速度增大，電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這種腐蝕稱位較高的金屬，溶解速度反而減小，這種腐蝕稱為電偶腐蝕，或稱接觸腐蝕、雙金屬腐蝕。為電偶腐蝕，或稱接觸腐蝕、雙金屬腐蝕。 第19頁/共79頁 2. 孔蝕（點(diǎn)蝕孔蝕（點(diǎn)蝕、坑蝕、坑蝕）：是一種集中發(fā)生在某是一種集中發(fā)生在某些點(diǎn)處并向金屬內(nèi)部發(fā)展的孔、坑狀腐蝕。些點(diǎn)處并向金屬內(nèi)部發(fā)展的孔、坑狀腐蝕?？孜g孔蝕是一種隱蔽性極強(qiáng)、破壞性極大的腐蝕形式是一種隱蔽性極強(qiáng)、破壞性極大的腐蝕形式，由，由于難于預(yù)估及檢測，往往造成金屬腐蝕穿孔，引于難于預(yù)估及檢測，往往造成金屬腐蝕穿孔，引起容器、管道等設(shè)施的破壞，而且誘發(fā)其

13、它的局起容器、管道等設(shè)施的破壞，而且誘發(fā)其它的局部腐蝕形式，導(dǎo)致突發(fā)的災(zāi)難性事故。部腐蝕形式，導(dǎo)致突發(fā)的災(zāi)難性事故。 第20頁/共79頁點(diǎn)蝕的機(jī)理點(diǎn)蝕的機(jī)理第21頁/共79頁 3. 縫隙腐蝕縫隙腐蝕：金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。第22頁/共79頁 4. 沿晶腐蝕沿晶腐蝕：腐蝕沿著金屬或合金的腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界晶粒邊界或或其它的鄰近區(qū)域發(fā)展，晶粒本身腐蝕很輕微，這種其它的鄰近區(qū)

14、域發(fā)展，晶粒本身腐蝕很輕微，這種腐蝕便稱為沿晶腐蝕，又叫作晶間腐蝕。腐蝕便稱為沿晶腐蝕，又叫作晶間腐蝕。 第23頁/共79頁 5. 選擇性腐蝕選擇性腐蝕：合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不是按合金的比例侵蝕，而是發(fā)生了其中是按合金的比例侵蝕，而是發(fā)生了其中某種成分的某種成分的選擇性溶解選擇性溶解，使合金的機(jī)械強(qiáng)度下降，這種腐蝕形，使合金的機(jī)械強(qiáng)度下降，這種腐蝕形態(tài)稱之為態(tài)稱之為成分選擇腐蝕，或稱為選擇性腐蝕成分選擇腐蝕，或稱為選擇性腐蝕。 灰口鑄鐵石墨化和黃銅脫鋅灰口鑄鐵石墨化和黃銅脫鋅。 第24頁/共79頁 6. 應(yīng)力腐蝕開裂（應(yīng)力腐蝕開裂（SCC, SCC, 簡稱應(yīng)力

15、腐蝕簡稱應(yīng)力腐蝕）：它是在它是在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的金屬材拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的金屬材料的破斷現(xiàn)象。料的破斷現(xiàn)象。 第25頁/共79頁 7. 腐蝕疲勞腐蝕疲勞：金屬在腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力共同作金屬在腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力共同作用下引起的破壞為腐蝕疲勞。用下引起的破壞為腐蝕疲勞。第26頁/共79頁 8. 磨損腐蝕磨損腐蝕：指在磨損和腐蝕的綜合作用下材料指在磨損和腐蝕的綜合作用下材料發(fā)生的加速腐蝕破壞。有三種表現(xiàn)形式：發(fā)生的加速腐蝕破壞。有三種表現(xiàn)形式：摩振腐蝕、摩振腐蝕、湍流腐蝕和空泡腐蝕湍流腐蝕和空泡腐蝕 第27頁/共79頁油管接箍發(fā)生汽蝕的蜂窩狀形貌油管接箍發(fā)生汽

16、蝕的蜂窩狀形貌第28頁/共79頁三、硫化氫（三、硫化氫（H2S）的特性及來源的特性及來源1.1.硫化氫的特性硫化氫的特性 硫化氫的分子量為硫化氫的分子量為34.0834.08，密度為，密度為1.5391.539mg/mmg/m3 3。而且是一種無色、有臭雞蛋味的、易燃、易爆、有而且是一種無色、有臭雞蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蝕性的酸性氣體。毒和腐蝕性的酸性氣體。 H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，如在如在1大氣壓下，大氣壓下，30水溶液中水溶液中H2S飽和濃度大約是飽和濃度大約是300mg/L，溶液的溶液的pH值約是值約是4。 H2S不僅對人體

17、的健康和生命安全有很大的危不僅對人體的健康和生命安全有很大的危害性，而且它對鋼材也具有強(qiáng)烈的腐蝕性，對石油、害性，而且它對鋼材也具有強(qiáng)烈的腐蝕性，對石油、石化工業(yè)裝備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)存在很大的潛在危險。石化工業(yè)裝備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)存在很大的潛在危險。第29頁/共79頁2. 石油工業(yè)中的來源石油工業(yè)中的來源 油氣中硫化氫的來源除了來自地層以外，油氣中硫化氫的來源除了來自地層以外，滋長的滋長的硫酸鹽還原菌硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化地層中和化學(xué)添加轉(zhuǎn)化地層中和化學(xué)添加劑中的硫酸鹽時，也會釋放出硫化氫。劑中的硫酸鹽時，也會釋放出硫化氫。3. 石化工業(yè)中的來源石化工業(yè)中的來源 石油加工過程中的硫化氫主要來源于石油加工過程中的

18、硫化氫主要來源于含含硫原油中的有機(jī)硫化物硫原油中的有機(jī)硫化物如硫醇和硫醚等，這如硫醇和硫醚等，這些有機(jī)硫化物在原油加工過程進(jìn)行中受熱會些有機(jī)硫化物在原油加工過程進(jìn)行中受熱會轉(zhuǎn)化分解出相應(yīng)的硫化氫。轉(zhuǎn)化分解出相應(yīng)的硫化氫。 干燥的干燥的H2S對金屬材料無腐蝕破壞作用，對金屬材料無腐蝕破壞作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蝕性。只有溶解在水中才具有腐蝕性。 第30頁/共79頁(1)(1)國際上濕硫化氫環(huán)境的定義國際上濕硫化氫環(huán)境的定義 美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）的MR0175-97“油田設(shè)備抗硫化物應(yīng)力開裂金屬材料”標(biāo)準(zhǔn): 酸性氣體系統(tǒng)：氣體總壓0.4MPa，并且H2S分壓 0.0003MPa

19、； 酸性多相系統(tǒng)：當(dāng)處理的原油中有兩相或三相介質(zhì)（油、水、氣）時，條件可放寬為：氣相總壓1.8MPa且H2S分壓0.0003MPa；當(dāng)氣相壓力1.8MPa且H2S分壓0.07MPa；或氣相H2S含量超過15%。第31頁/共79頁(2)(2)國內(nèi)濕硫化氫環(huán)境的定義國內(nèi)濕硫化氫環(huán)境的定義 “在同時存在水和硫化氫的環(huán)境中，當(dāng)硫化在同時存在水和硫化氫的環(huán)境中，當(dāng)硫化氫分壓大于或等于氫分壓大于或等于0.00035 0.00035 MPaMPa時，或在同時存在時，或在同時存在水和硫化氫的液化石油氣中，當(dāng)液相的硫化氫含量水和硫化氫的液化石油氣中，當(dāng)液相的硫化氫含量大于或等于大于或等于10101010-6-6

20、時，則稱為濕硫化氫環(huán)境時，則稱為濕硫化氫環(huán)境”。 第32頁/共79頁(3) 硫化氫的電離硫化氫的電離 在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫會發(fā)生電離，使在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫會發(fā)生電離，使水具有酸性，硫化氫在水中的離解反應(yīng)式為：水具有酸性，硫化氫在水中的離解反應(yīng)式為：H2S H+ HS （1） HS H+ S2 （2） 第33頁/共79頁2.2.硫化氫電化學(xué)腐蝕過程硫化氫電化學(xué)腐蝕過程 陽極陽極： Fe - 2e Fe2+ 陰極陰極： 2H+ + 2e Had + Had 2H H2 H 鋼中擴(kuò)散鋼中擴(kuò)散 其中：其中：Had - 鋼表面吸附的氫原子鋼表面吸附的氫原子 H - 鋼中的擴(kuò)散氫鋼中的擴(kuò)散氫 陽

21、極反應(yīng)產(chǎn)物陽極反應(yīng)產(chǎn)物： Fe2 S2 FeS 第34頁/共79頁 注：注：鋼材受到硫化氫腐蝕以后陽極的最終鋼材受到硫化氫腐蝕以后陽極的最終產(chǎn)物就是產(chǎn)物就是硫化亞鐵硫化亞鐵，該，該產(chǎn)物通常是一種有缺陷的產(chǎn)物通常是一種有缺陷的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，它與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧，它與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成一個活性的微電池，對鋼基體繼續(xù)進(jìn)行腐蝕。一個活性的微電池，對鋼基體繼續(xù)進(jìn)行腐蝕。 第35頁/共79頁硫化氫電化學(xué)腐蝕過程硫化氫電化學(xué)腐蝕過程 陽極陽極： Fe - 2e Fe2+ 陰極陰極： 2H+ + 2e

22、 Had + Had 2H H2 H 鋼中鋼中擴(kuò)散擴(kuò)散 其中：其中：Had - 鋼表面吸附的氫原子鋼表面吸附的氫原子 H - 鋼中的擴(kuò)散氫鋼中的擴(kuò)散氫 陽極反應(yīng)產(chǎn)物陽極反應(yīng)產(chǎn)物： Fe2 S2 FeS 第36頁/共79頁五、硫化氫引起氫損傷的腐蝕類型五、硫化氫引起氫損傷的腐蝕類型 反應(yīng)產(chǎn)物氫一般認(rèn)為有兩種去向，反應(yīng)產(chǎn)物氫一般認(rèn)為有兩種去向，一一是氫原子之間是氫原子之間有較大的親和力，易相互結(jié)合形成氫分子排出；有較大的親和力，易相互結(jié)合形成氫分子排出；另一另一個個去向就是由于原子半徑極小的氫原子獲得足夠的能量后去向就是由于原子半徑極小的氫原子獲得足夠的能量后變成擴(kuò)散氫變成擴(kuò)散氫 HH而滲入鋼的內(nèi)

23、部并溶入晶格中，溶于晶格而滲入鋼的內(nèi)部并溶入晶格中，溶于晶格中的氫有很強(qiáng)的游離性，在一定條件下將導(dǎo)致材料的中的氫有很強(qiáng)的游離性，在一定條件下將導(dǎo)致材料的脆脆化（氫脆）和氫損傷化（氫脆）和氫損傷。 1. 氫壓理論氫壓理論：與與形成氫致鼓泡原因形成氫致鼓泡原因一樣，一樣，在夾雜物、晶界等處形成的氫氣團(tuán)可產(chǎn)在夾雜物、晶界等處形成的氫氣團(tuán)可產(chǎn)生一個很大的內(nèi)應(yīng)力生一個很大的內(nèi)應(yīng)力，在強(qiáng)度較高的材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，并由于氫原子在應(yīng)力，在強(qiáng)度較高的材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，并由于氫原子在應(yīng)力梯度的驅(qū)使下，向微裂紋尖端的三向拉應(yīng)力區(qū)集中，使晶體點(diǎn)陣中的位錯被氫原梯度的驅(qū)使下，向微裂紋尖端的三向拉應(yīng)力區(qū)集中，使晶體點(diǎn)

24、陣中的位錯被氫原子子“釘扎釘扎”、鋼的塑性降低，當(dāng)內(nèi)壓所致的拉應(yīng)力和裂紋尖端的氫濃度達(dá)到某一、鋼的塑性降低，當(dāng)內(nèi)壓所致的拉應(yīng)力和裂紋尖端的氫濃度達(dá)到某一臨界值時，微裂紋擴(kuò)展，擴(kuò)展后的裂紋尖端某處氫再次聚集、裂紋再擴(kuò)展，這樣臨界值時，微裂紋擴(kuò)展，擴(kuò)展后的裂紋尖端某處氫再次聚集、裂紋再擴(kuò)展，這樣最終導(dǎo)致破斷。最終導(dǎo)致破斷。第37頁/共79頁2. 濕濕H2S環(huán)境中的開裂類型：環(huán)境中的開裂類型：酸性環(huán)境中氫損傷的幾種典型形態(tài)酸性環(huán)境中氫損傷的幾種典型形態(tài) 氫鼓泡氫鼓泡(HB)、氫致開裂氫致開裂(HIC)、硫化物應(yīng)力腐蝕硫化物應(yīng)力腐蝕開裂開裂(SSCC)、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)。

25、第38頁/共79頁(1) 氫鼓泡氫鼓泡(HB) 腐蝕過程中析出的氫原子向鋼中擴(kuò)散，在腐蝕過程中析出的氫原子向鋼中擴(kuò)散，在鋼材的非金屬夾雜物、分層和其他不連續(xù)處易聚鋼材的非金屬夾雜物、分層和其他不連續(xù)處易聚集形成分子氫，由于氫分子較大難以從鋼的組織集形成分子氫，由于氫分子較大難以從鋼的組織內(nèi)部逸出，從而形成巨大內(nèi)壓導(dǎo)致其周圍組織屈內(nèi)部逸出，從而形成巨大內(nèi)壓導(dǎo)致其周圍組織屈服，服，形成表面層下的平面孔穴結(jié)構(gòu)形成表面層下的平面孔穴結(jié)構(gòu)稱為稱為氫鼓泡氫鼓泡，其其分布平行于鋼板表面分布平行于鋼板表面。它的發(fā)生無需外加應(yīng)力，。它的發(fā)生無需外加應(yīng)力，與材料中的夾雜物等缺陷密切相關(guān)。與材料中的夾雜物等缺陷密切

26、相關(guān)。 第39頁/共79頁(2) 氫致開裂氫致開裂(HIC) 在氫氣壓力的作用下，不同層面上的相鄰氫鼓泡裂紋相互連接，形成階梯在氫氣壓力的作用下，不同層面上的相鄰氫鼓泡裂紋相互連接，形成階梯狀特征的內(nèi)部裂紋稱為狀特征的內(nèi)部裂紋稱為氫致開裂氫致開裂，裂紋有時也可擴(kuò)展到金屬表面。，裂紋有時也可擴(kuò)展到金屬表面。HIC的發(fā)生也的發(fā)生也無需外加應(yīng)力，一般與鋼中高密度的大平面夾雜物或合金元素在鋼中偏析產(chǎn)生無需外加應(yīng)力，一般與鋼中高密度的大平面夾雜物或合金元素在鋼中偏析產(chǎn)生的不規(guī)則微觀組織有關(guān)。的不規(guī)則微觀組織有關(guān)。第40頁/共79頁酸性環(huán)境下的氫致開裂機(jī)理酸性環(huán)境下的氫致開裂機(jī)理第41頁/共79頁(3)

27、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC) 濕濕H2S環(huán)境中腐蝕產(chǎn)生的氫原子滲入鋼的內(nèi)部固溶于晶格中，使鋼的脆性環(huán)境中腐蝕產(chǎn)生的氫原子滲入鋼的內(nèi)部固溶于晶格中，使鋼的脆性增加，在增加，在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成的開裂外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成的開裂，叫做叫做硫化物應(yīng)力腐蝕開裂硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。工程上有時也把受拉應(yīng)力的鋼及合金在濕工程上有時也把受拉應(yīng)力的鋼及合金在濕H2S及其它硫化物腐蝕環(huán)境中產(chǎn)生的及其它硫化物腐蝕環(huán)境中產(chǎn)生的脆脆性開裂性開裂統(tǒng)稱為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。統(tǒng)稱為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。SSCC通常發(fā)生在中高強(qiáng)度鋼中或焊縫及其熱通常發(fā)生在中高強(qiáng)度鋼中或焊縫及其熱影響區(qū)等硬

28、度較高的區(qū)域影響區(qū)等硬度較高的區(qū)域。 第42頁/共79頁硫化物應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理硫化物應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理 第43頁/共79頁在含在含H H2 2S S酸性油酸性油氣系統(tǒng)中，氣系統(tǒng)中，SSCCSSCC主要出現(xiàn)于高強(qiáng)度鋼、高內(nèi)應(yīng)力構(gòu)主要出現(xiàn)于高強(qiáng)度鋼、高內(nèi)應(yīng)力構(gòu)件及硬焊縫上件及硬焊縫上。SSCCSSCC是由是由H H2 2S S腐蝕陰極反應(yīng)所析出的腐蝕陰極反應(yīng)所析出的氫原子，在氫原子，在H H2 2S S的催化下進(jìn)入鋼中后，在拉伸應(yīng)力作的催化下進(jìn)入鋼中后，在拉伸應(yīng)力作用下，通過擴(kuò)散，在冶金缺陷提供的三向拉伸應(yīng)力用下，通過擴(kuò)散，在冶金缺陷提供的三向拉伸應(yīng)力區(qū)富集，而導(dǎo)致的開裂，區(qū)富集，而導(dǎo)致的開裂，開裂

29、垂直于拉伸應(yīng)力方向開裂垂直于拉伸應(yīng)力方向。SSCCSSCC的的本質(zhì)屬氫本質(zhì)屬氫脆脆。SSCCSSCC屬低應(yīng)力破裂，屬低應(yīng)力破裂，發(fā)生發(fā)生SSCCSSCC的應(yīng)力值通常遠(yuǎn)低的應(yīng)力值通常遠(yuǎn)低于鋼材的抗拉強(qiáng)度于鋼材的抗拉強(qiáng)度。SSCCSSCC具有脆性機(jī)制特征的斷口形具有脆性機(jī)制特征的斷口形貌。穿晶和沿晶破壞均可觀察到，一般貌。穿晶和沿晶破壞均可觀察到，一般高強(qiáng)度鋼多為高強(qiáng)度鋼多為沿晶破裂沿晶破裂。SSCCSSCC破壞多為突發(fā)性破壞多為突發(fā)性，裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展迅，裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展迅速。對速。對SSCSSC敏感的材料在含敏感的材料在含H H2 2S S酸性油氣中，經(jīng)短暫暴酸性油氣中，經(jīng)短暫暴露后，就會出現(xiàn)破裂

30、，以數(shù)小時到三個月情況為多。露后，就會出現(xiàn)破裂，以數(shù)小時到三個月情況為多。 第44頁/共79頁 硫化氫應(yīng)力腐蝕和氫致開裂是一種硫化氫應(yīng)力腐蝕和氫致開裂是一種低低應(yīng)力破壞，應(yīng)力破壞，甚至在很低的拉應(yīng)力下都可能發(fā)生開裂。甚至在很低的拉應(yīng)力下都可能發(fā)生開裂。一般說一般說來，隨著鋼材強(qiáng)度來，隨著鋼材強(qiáng)度( (硬度硬度) )的提高，硫化氫應(yīng)力腐的提高，硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂越容易發(fā)生蝕開裂越容易發(fā)生，甚至在百分之幾屈服強(qiáng)度時，甚至在百分之幾屈服強(qiáng)度時也會發(fā)生開裂。也會發(fā)生開裂。 硫化物應(yīng)力腐蝕和氫致開裂均屬于硫化物應(yīng)力腐蝕和氫致開裂均屬于延遲破壞延遲破壞，開裂可能在鋼材接觸開裂可能在鋼材接觸H2S后很短時間

31、內(nèi)后很短時間內(nèi)(幾小時、幾幾小時、幾天天)發(fā)生，也可能在數(shù)周、數(shù)月或幾年后發(fā)生，但發(fā)生，也可能在數(shù)周、數(shù)月或幾年后發(fā)生，但無論破壞發(fā)生遲早，無論破壞發(fā)生遲早，往往事先無明顯預(yù)兆往往事先無明顯預(yù)兆。第45頁/共79頁(4) 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC) 在應(yīng)力引導(dǎo)下，在應(yīng)力引導(dǎo)下，夾雜物或缺陷處因氫聚夾雜物或缺陷處因氫聚集而形成的小裂紋疊加，沿著垂直于應(yīng)力的方向集而形成的小裂紋疊加，沿著垂直于應(yīng)力的方向(即鋼板的壁厚方向即鋼板的壁厚方向)發(fā)展導(dǎo)致的開裂稱為應(yīng)力導(dǎo)發(fā)展導(dǎo)致的開裂稱為應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂。向氫致開裂。其其典型特征是裂紋沿典型特征是裂紋沿“之之”字形擴(kuò)字形擴(kuò)展展。有人認(rèn)為

32、。有人認(rèn)為,它也是應(yīng)力腐蝕開裂它也是應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)的一種的一種特殊形式。特殊形式。 SOHIC也常發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)及其它高應(yīng)也常發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)及其它高應(yīng)力集中區(qū)，與通常所說的力集中區(qū)，與通常所說的SSCC不同的是不同的是SOHIC對對鋼中的夾雜物比較敏感鋼中的夾雜物比較敏感。應(yīng)力集中常為裂紋狀缺陷。應(yīng)力集中常為裂紋狀缺陷或應(yīng)力腐蝕裂紋所引起，據(jù)報道，在多個開裂案例或應(yīng)力腐蝕裂紋所引起，據(jù)報道，在多個開裂案例中都曾觀測到中都曾觀測到SSCC和和SOHIC并存的情況。并存的情況。 第46頁/共79頁應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂示意圖應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂示意圖 第47頁/共79頁(5) 應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)

33、力腐蝕開裂(SCC)的危害的危害 應(yīng)力腐蝕開裂是環(huán)境引起的一種常見的失應(yīng)力腐蝕開裂是環(huán)境引起的一種常見的失效形式。美國杜邦化學(xué)公司曾分析在效形式。美國杜邦化學(xué)公司曾分析在4 4年中發(fā)生年中發(fā)生的金屬管道和設(shè)備的的金屬管道和設(shè)備的685685例破壞事故，有近例破壞事故，有近6060是由于腐蝕引起，而在腐蝕造成的破壞中，應(yīng)是由于腐蝕引起，而在腐蝕造成的破壞中，應(yīng)力腐蝕開裂占力腐蝕開裂占13.713.7。根據(jù)各國大量的統(tǒng)計，。根據(jù)各國大量的統(tǒng)計，在不銹鋼的濕態(tài)腐蝕破壞事故中，應(yīng)力腐蝕開在不銹鋼的濕態(tài)腐蝕破壞事故中，應(yīng)力腐蝕開裂甚至高達(dá)裂甚至高達(dá)6060，居各類腐蝕破壞事故之冠居各類腐蝕破壞事故之冠。

34、應(yīng)力腐蝕開裂的頻繁發(fā)生及其造成的巨大危害，應(yīng)力腐蝕開裂的頻繁發(fā)生及其造成的巨大危害，引起了人們的關(guān)注。引起了人們的關(guān)注。 第48頁/共79頁蠟油加氫精制裝置某出口管彎頭硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂蠟油加氫精制裝置某出口管彎頭硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂 第49頁/共79頁第50頁/共79頁使用使用14年后彎頭年后彎頭的壁厚減薄的壁厚減薄內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕開內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕開裂裂紋形貌裂裂紋形貌第51頁/共79頁52 1.1.靜態(tài)掛片失重靜態(tài)掛片失重 將所研究的對象靜態(tài)掛片放置，用差減法測將所研究的對象靜態(tài)掛片放置，用差減法測得物件的失重腐蝕速率。得物件的失重腐蝕速率。 2.2.顯微鏡觀察顯微鏡觀察 用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡

35、觀察。透射電鏡用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察。透射電鏡(TEM) 、掃描電鏡掃描電鏡(SEM)、原子力電子顯微鏡原子力電子顯微鏡(AFM)等。等。第52頁/共79頁53 3.3.電化學(xué)研究電化學(xué)研究 A. 伏安法伏安法第53頁/共79頁54B. 阻抗法阻抗法第54頁/共79頁55 4. XRD、XPS等晶型、成分分析等晶型、成分分析 XRDX衍射及晶型分析衍射及晶型分析XPS 電子能譜儀電子能譜儀成分分析成分分析 第55頁/共79頁七、硫化氫腐蝕的影響因素七、硫化氫腐蝕的影響因素 1.1.材料因素材料因素 在油氣田開發(fā)過程中鉆柱可能發(fā)生的腐在油氣田開發(fā)過程中鉆柱可能發(fā)生的腐蝕類型中，蝕類型中，以

36、硫化氫腐蝕時材料因素的影響以硫化氫腐蝕時材料因素的影響作用最為顯著作用最為顯著，材料因素中影響鋼材抗硫化，材料因素中影響鋼材抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能的主要有材料的氫應(yīng)力腐蝕性能的主要有材料的顯微組織、顯微組織、強(qiáng)度、硬度以及合金元素強(qiáng)度、硬度以及合金元素等等。等等。 第56頁/共79頁 顯微組織顯微組織 對應(yīng)力腐蝕開裂敏感性按下述順序升高對應(yīng)力腐蝕開裂敏感性按下述順序升高: : 鐵素體中球狀碳化物組織鐵素體中球狀碳化物組織完全淬火和回火組織完全淬火和回火組織正火和回火組織正火和回火組織正火后組織正火后組織淬火后未回火的馬淬火后未回火的馬氏體組織。氏體組織。 注：馬氏體馬氏體對硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂和氫

37、致開裂對硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂和氫致開裂非常敏感，但在其含量較少時，敏感性相對較小，非常敏感，但在其含量較少時，敏感性相對較小，隨著含量的增多，敏感性增大隨著含量的增多，敏感性增大。 第57頁/共79頁硫化氫應(yīng)力腐蝕斷裂臨界應(yīng)力和材料顯微組織之間的關(guān)系硫化氫應(yīng)力腐蝕斷裂臨界應(yīng)力和材料顯微組織之間的關(guān)系 應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增加應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增加第58頁/共79頁(2) 強(qiáng)度和硬度強(qiáng)度和硬度 隨屈服強(qiáng)度的升高，臨界應(yīng)力和屈服強(qiáng)度的比隨屈服強(qiáng)度的升高，臨界應(yīng)力和屈服強(qiáng)度的比值下降，即應(yīng)力腐蝕敏感性增加。值下降，即應(yīng)力腐蝕敏感性增加。 材料硬度的提高，對硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性材料硬度的提高，對硫化物應(yīng)

38、力腐蝕的敏感性提高。提高。材料的斷裂大多出現(xiàn)在硬度大于材料的斷裂大多出現(xiàn)在硬度大于HRC22（相相當(dāng)于當(dāng)于HB200）的情況下，因此，通常的情況下，因此，通常HRC22可作為可作為判斷鉆柱材料是否適合于含硫油氣井鉆探的標(biāo)準(zhǔn)。判斷鉆柱材料是否適合于含硫油氣井鉆探的標(biāo)準(zhǔn)。 油氣開采及加工工業(yè)對不昂貴的、可焊性好的油氣開采及加工工業(yè)對不昂貴的、可焊性好的鋼材的需要，基本上鋼材的需要，基本上決定了研究的工作方向就是優(yōu)決定了研究的工作方向就是優(yōu)先研制抗硫化物腐蝕開裂的低合金高強(qiáng)度鋼先研制抗硫化物腐蝕開裂的低合金高強(qiáng)度鋼。 第59頁/共79頁 合金元素及熱處理合金元素及熱處理 碳（碳（C）：增加鋼中碳的含

39、量，會提高鋼在硫化物增加鋼中碳的含量，會提高鋼在硫化物中的應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。中的應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。有害元素：有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：有利元素：Cr、Ti 鎳（鎳（Ni）：提高低合金鋼的鎳含量，會降低它在提高低合金鋼的鎳含量，會降低它在含硫化氫溶液中對應(yīng)力腐蝕開裂的抵抗力含硫化氫溶液中對應(yīng)力腐蝕開裂的抵抗力。原因是原因是鎳含量的增加，可能形成馬氏體相。所以鎳在鋼中鎳含量的增加，可能形成馬氏體相。所以鎳在鋼中的含量，即使其硬度的含量，即使其硬度HRC22時時, 也不應(yīng)該超過也不應(yīng)該超過1。含鎳鋼之所以有較大的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，是因?yàn)楹囦撝杂休^大的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，是

40、因?yàn)殒噷﹃帢O過程的進(jìn)行有較大的影響。在含鎳鋼中可鎳對陰極過程的進(jìn)行有較大的影響。在含鎳鋼中可以觀察到最低的陰極過電位，其結(jié)果是鋼對氫的吸以觀察到最低的陰極過電位，其結(jié)果是鋼對氫的吸留作用加強(qiáng)留作用加強(qiáng),導(dǎo)致金屬應(yīng)力腐蝕開裂的傾向性提高。導(dǎo)致金屬應(yīng)力腐蝕開裂的傾向性提高。 第60頁/共79頁 鉻鉻(Cr)：一般認(rèn)為在含硫化氫溶液中使用的鋼，含一般認(rèn)為在含硫化氫溶液中使用的鋼，含鉻鉻0.513是完全可行的，因?yàn)樗鼈兪峭耆尚械模驗(yàn)樗鼈冊跓崽幚碓跓崽幚砗罂傻玫椒€(wěn)定的組織后可得到穩(wěn)定的組織。不論鉻含量如何，被試驗(yàn)鋼。不論鉻含量如何，被試驗(yàn)鋼的穩(wěn)定性未發(fā)現(xiàn)有差異的穩(wěn)定性未發(fā)現(xiàn)有差異。也有的文獻(xiàn)作者認(rèn)為

41、，含。也有的文獻(xiàn)作者認(rèn)為，含鉻量高時是有利的，認(rèn)為鉻的存在使鋼容易鈍化。鉻量高時是有利的，認(rèn)為鉻的存在使鋼容易鈍化。但應(yīng)當(dāng)指出的是，這種效果只有在鉻的含量大于但應(yīng)當(dāng)指出的是，這種效果只有在鉻的含量大于11時才能出現(xiàn)。時才能出現(xiàn)。 鉬鉬(Mo)：鉬含量鉬含量3時，對鋼在硫化氫介質(zhì)中的承時，對鋼在硫化氫介質(zhì)中的承載能力的影響不大。載能力的影響不大。 鈦鈦(Ti)：鈦對低合金鋼應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的影響鈦對低合金鋼應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的影響也類似于鉬。試驗(yàn)證明，在硫化氫介質(zhì)中，含碳量也類似于鉬。試驗(yàn)證明，在硫化氫介質(zhì)中，含碳量低的鋼低的鋼(0.04)加入鈦加入鈦(0.09Ti)，對其穩(wěn)定性有一對其穩(wěn)定性

42、有一定的改善作用。定的改善作用。第61頁/共79頁 錳錳(Mn)：錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開裂過程的作用十分重要。硫化物腐蝕開裂過程的作用十分重要。當(dāng)偏析區(qū)當(dāng)偏析區(qū)Mn、C含量一旦達(dá)到一定比例時，在鋼材生產(chǎn)和含量一旦達(dá)到一定比例時，在鋼材生產(chǎn)和設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生出馬氏體貝氏體高強(qiáng)度、設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生出馬氏體貝氏體高強(qiáng)度、低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對設(shè)備低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對設(shè)備抗抗SSCC是不利的是不利的。對于碳鋼一般限制錳含量小于。對于碳鋼一般限制錳含量小于1.6%。少量的。少量的Mn能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤?/p>

43、化物形能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤蚧镄问脚懦?，同時鋼在脫氧時，使用少量的錳后，也式排出，同時鋼在脫氧時，使用少量的錳后，也會形成良好的脫氧組織而起積極作用。在石油工會形成良好的脫氧組織而起積極作用。在石油工業(yè)中是制造油管和套管大都采用含錳量較高的鋼，業(yè)中是制造油管和套管大都采用含錳量較高的鋼，如我國的如我國的36Mn2Si鋼。鋼。(提高提高硬度硬度)第62頁/共79頁 硫（硫（S）：硫?qū)︿摰膽?yīng)力腐蝕開裂穩(wěn)定性是有害的。硫?qū)︿摰膽?yīng)力腐蝕開裂穩(wěn)定性是有害的。隨著硫含量的增加，鋼的穩(wěn)定性急劇惡化，隨著硫含量的增加，鋼的穩(wěn)定性急劇惡化，主要原主要原因是硫化物夾雜是氫的積聚點(diǎn)，使金屬形成有缺陷因是硫化物夾雜

44、是氫的積聚點(diǎn)，使金屬形成有缺陷的組織的組織。同時硫也是吸附氫的促進(jìn)劑。同時硫也是吸附氫的促進(jìn)劑。因此，非金因此，非金屬夾雜物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球?qū)賷A雜物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高鋼（特別是高強(qiáng)度鋼）在引起金屬增化均可以提高鋼（特別是高強(qiáng)度鋼）在引起金屬增氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。 磷（磷（P）：除了形成可引起鋼紅脆（熱脆）和塑性除了形成可引起鋼紅脆（熱脆）和塑性降低的易熔共晶夾雜物外，還對氫原子重新組合過降低的易熔共晶夾雜物外，還對氫原子重新組合過程（程（Had + Had H2）起抑制作用，使金屬增氫起抑制作用，使金屬增氫效果增加，從而也就會降

45、低鋼在酸性的、含硫化氫效果增加，從而也就會降低鋼在酸性的、含硫化氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。介質(zhì)中的穩(wěn)定性。第63頁/共79頁 冷加工冷加工 經(jīng)經(jīng)冷軋制、冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及冷軋制、冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及機(jī)械咬傷等產(chǎn)生的冷變形，機(jī)械咬傷等產(chǎn)生的冷變形，不僅使冷變形區(qū)的硬不僅使冷變形區(qū)的硬度增大，而且還產(chǎn)生一個很大的殘余應(yīng)力度增大，而且還產(chǎn)生一個很大的殘余應(yīng)力，有時，有時可高達(dá)鋼材的屈服強(qiáng)度，從而導(dǎo)致對可高達(dá)鋼材的屈服強(qiáng)度，從而導(dǎo)致對SSCC敏感。敏感。一般說來鋼材隨著冷加工量的增加，硬度增大，一般說來鋼材隨著冷加工量的增加，硬度增大，SSCC的敏感性增強(qiáng)的敏感性增強(qiáng)。 第64頁/共79頁2

46、. 環(huán)境因素的影響環(huán)境因素的影響 硫化氫濃度硫化氫濃度 從對鋼材陽極過程產(chǎn)物的形成來看，硫化氫從對鋼材陽極過程產(chǎn)物的形成來看，硫化氫濃度越高，鋼材的失重速度也越快。濃度越高，鋼材的失重速度也越快。 高強(qiáng)度鋼即使在溶液中硫化氫濃度很低（體積高強(qiáng)度鋼即使在溶液中硫化氫濃度很低（體積分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為110-3mL/L）的情況下仍能引起破壞的情況下仍能引起破壞，硫，硫化氫體積分?jǐn)?shù)為化氫體積分?jǐn)?shù)為510-2610-1 mL/L時，能在很時，能在很短的時間內(nèi)引起高強(qiáng)度鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕破壞，短的時間內(nèi)引起高強(qiáng)度鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕破壞，但這時硫化氫的濃度對高強(qiáng)度鋼的破壞時間已經(jīng)沒但這時硫化氫的濃度對高強(qiáng)度鋼的破

47、壞時間已經(jīng)沒有明顯的影響了。有明顯的影響了。硫化物應(yīng)力腐蝕的下限濃度值與硫化物應(yīng)力腐蝕的下限濃度值與使用材料的強(qiáng)度（硬度）有關(guān)使用材料的強(qiáng)度（硬度）有關(guān)。 第65頁/共79頁 碳鋼在不同濃度硫化氫溶液中的破壞時間碳鋼在不同濃度硫化氫溶液中的破壞時間 碳鋼碳鋼在硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于在硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于5102mL/L時破時破壞時間都較長。壞時間都較長。NACE MR017588標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕的極限分壓為硫化氫應(yīng)力腐蝕的極限分壓為0.3410-3MPa(水溶水溶液中液中H2S濃度約濃度約20mg/L)，低于此分壓不發(fā)生硫化氫低于此分壓不發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕開裂。

48、硫化氫濃度越硫化氫濃度越大，破壞一定大，破壞一定程度時所需時程度時所需時間越短。間越短。第66頁/共79頁 pH值對硫化物應(yīng)力腐蝕的影響：值對硫化物應(yīng)力腐蝕的影響： 隨隨pH的增加，鋼材發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕的敏的增加，鋼材發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性下降感性下降 pH6時，硫化物應(yīng)力腐蝕很嚴(yán)重；時，硫化物應(yīng)力腐蝕很嚴(yán)重； 6pH9時，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性開始時，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性開始顯著下降，但達(dá)到斷裂所需的時間仍然很短；顯著下降，但達(dá)到斷裂所需的時間仍然很短； pH9時，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕破壞。時，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕破壞。 第67頁/共79頁含硫化氫溶液中鋼的破壞時間與含硫化氫溶液

49、中鋼的破壞時間與pHpH值之間的關(guān)系值之間的關(guān)系 第68頁/共79頁 溫度溫度 在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，硫化物應(yīng)力在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，硫化物應(yīng)力腐蝕破裂傾向減小。腐蝕破裂傾向減小。( (溫度升高硫化溶解度減小溫度升高硫化溶解度減小) ) 在在22左右，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性最大左右，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性最大。溫度大于溫度大于22后，溫度升高硫化物應(yīng)力腐蝕敏感后，溫度升高硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性明顯降低。性明顯降低。 對鉆柱來說，由于井底鉆井液的溫度較高，對鉆柱來說，由于井底鉆井液的溫度較高，因而發(fā)生電化學(xué)失重腐蝕嚴(yán)重。因而發(fā)生電化學(xué)失重腐蝕嚴(yán)重。而上部溫度較低，而上部溫度較低，加上鉆柱上

50、部承受的拉應(yīng)力最大，故而鉆柱上部加上鉆柱上部承受的拉應(yīng)力最大，故而鉆柱上部容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。第69頁/共79頁(4)(4)流速流速 流體在某特定的流速下，流體在某特定的流速下，碳鋼和低合金鋼在含碳鋼和低合金鋼在含H2S流體中的腐蝕速率，通常是隨著時間的增長而流體中的腐蝕速率，通常是隨著時間的增長而逐漸下降逐漸下降，平衡后的腐蝕速率均很低。，平衡后的腐蝕速率均很低。 如果如果流體流速較高或處于湍流狀態(tài)時流體流速較高或處于湍流狀態(tài)時，由于鋼，由于鋼鐵表面上的硫化鐵腐蝕產(chǎn)物膜受到流體的沖刷而被鐵表面上的硫化鐵腐蝕產(chǎn)物膜受到流體的沖刷而被破壞或粘附不牢固，破壞或粘

51、附不牢固，鋼鐵將一直以初始的高速腐蝕，鋼鐵將一直以初始的高速腐蝕，從而使設(shè)備、管線、構(gòu)件很快受到腐蝕破壞。從而使設(shè)備、管線、構(gòu)件很快受到腐蝕破壞。因此，因此，要控制流速的上限要控制流速的上限，以把沖刷腐蝕降到最小。通常，以把沖刷腐蝕降到最小。通常規(guī)定閥門的氣體流速低于規(guī)定閥門的氣體流速低于15m/s。相反，如果相反，如果氣體氣體流速太低，可造成管線、設(shè)備低部集液，而發(fā)生因流速太低，可造成管線、設(shè)備低部集液，而發(fā)生因水線腐蝕、垢下腐蝕等導(dǎo)致的局部腐蝕破壞。水線腐蝕、垢下腐蝕等導(dǎo)致的局部腐蝕破壞。因此，因此，通常規(guī)定氣體的流速應(yīng)大于通常規(guī)定氣體的流速應(yīng)大于3m/s。 第70頁/共79頁(5)(5)

52、氯離子氯離子 在酸性油氣田水中，帶負(fù)電荷的氯離子，基于在酸性油氣田水中，帶負(fù)電荷的氯離子，基于電價平衡，它總是爭先吸附到鋼鐵的表面，因此，電價平衡，它總是爭先吸附到鋼鐵的表面，因此，氯離子的存在往往會阻礙保護(hù)性的硫化鐵膜在鋼鐵氯離子的存在往往會阻礙保護(hù)性的硫化鐵膜在鋼鐵表面的形成表面的形成。但。但氯離子氯離子可以通過鋼鐵表面硫化鐵膜可以通過鋼鐵表面硫化鐵膜的細(xì)孔和缺陷滲入其膜內(nèi)，使膜發(fā)生顯微開裂，于的細(xì)孔和缺陷滲入其膜內(nèi)，使膜發(fā)生顯微開裂，于是形成是形成孔蝕核孔蝕核。由于氯離子的不斷移入，在閉塞電由于氯離子的不斷移入，在閉塞電池的作用下，加速了孔蝕破壞。池的作用下，加速了孔蝕破壞。 在酸性天然

53、氣氣井中與礦化水接觸的油套管腐在酸性天然氣氣井中與礦化水接觸的油套管腐蝕嚴(yán)重，穿孔速率快，與氯離子的作用有著十分密蝕嚴(yán)重，穿孔速率快，與氯離子的作用有著十分密切的關(guān)系。切的關(guān)系。 第71頁/共79頁八、硫化氫腐蝕的預(yù)防措施八、硫化氫腐蝕的預(yù)防措施1. 1. 選用抗硫化氫材料選用抗硫化氫材料 抗硫化氫材料抗硫化氫材料主要是指對硫化氫應(yīng)力腐蝕開主要是指對硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂和氫損傷有一定抗力或?qū)@種開裂不敏感的材料。裂和氫損傷有一定抗力或?qū)@種開裂不敏感的材料。同時采用低硬度（強(qiáng)度）和完全淬火回火處理工同時采用低硬度（強(qiáng)度）和完全淬火回火處理工藝藝對材料抗硫化氫腐蝕是有利的。對材料抗硫化氫腐蝕是有利

54、的。 美國國家腐蝕工程師學(xué)會美國國家腐蝕工程師學(xué)會(NACE)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)MR0175(1980年修訂年修訂)中中規(guī)定規(guī)定：含硫化氫環(huán)境中使用：含硫化氫環(huán)境中使用的鉆桿、鉆桿接頭、鉆鋌和其它管材的最大硬度不的鉆桿、鉆桿接頭、鉆鋌和其它管材的最大硬度不許高于許高于HRC22；鉆桿接頭與鉆桿的焊接及熱影響鉆桿接頭與鉆桿的焊接及熱影響區(qū)應(yīng)進(jìn)行區(qū)應(yīng)進(jìn)行淬火淬火595以上溫度的回火處理以上溫度的回火處理；對于；對于最小屈服強(qiáng)度大于最小屈服強(qiáng)度大于655MPa的鋼材應(yīng)進(jìn)行淬火回的鋼材應(yīng)進(jìn)行淬火回火處理，火處理，以獲得抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的最佳能力。以獲得抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的最佳能力。第72頁/共79頁抗抗H H2 2S S腐蝕鋼材的基本要求腐蝕鋼材的基本要求: : 成分設(shè)計合理成分設(shè)計合理：材料的抗材料的抗H2S應(yīng)力斷裂性能應(yīng)力斷裂性能主要與材料的晶界強(qiáng)度有關(guān)主要與材料的晶界強(qiáng)度有關(guān)，因此常常加入，因