硫化氢环境中17-4PH钢抗氢致开裂与应力腐蚀开裂性能
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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无锡不锈钢材料在湿H2S环境中的腐蚀开裂时有发生，17-4PH是一种典型的马氏体沉淀硬化型不锈钢，其性能特点是强度高、硬度高，耐蚀性能优于普通马氏体无锡不锈钢，并可通过改变热处理工艺调整强度级别。马氏体相变和时效处理形成沉淀硬化相是其主要强化手段，由于其衰减性能好，抗腐蚀疲劳及疏水性强，被广泛应用于海上平台、涡轮机叶片、阀门、机械零部件等。本工作对17-4PH不锈钢在硫化氢环境中进行应力腐蚀与氢致开裂试验，探索其耐硫化氢的适用范围和条件，为石油化工设备构件的安全运行和维护提供依据。
本试验所用材料为17-4PH钢，实测抗拉强度1020MPa，屈服强度725MPa，伸长率20%，断面收缩率65%。热处理方式为1050℃保温60min，油冷，再经630℃保温5h，空冷。其化学成分见表1。
表1 17-4PH钢的化学成分（质量分数，%）
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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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根据美国NACE标准研究了17-4PH钢在酸性H2S水溶液中的抗氢致开裂（HIC）和应力腐蚀开裂（SCC）的性能，用光学显微镜及扫描电镜（SEM）观察了裂纹形貌，并结合理论分析了材料的致氢开裂与应力腐蚀开裂行为。
结果表明：标准NACE试验溶液中会产生氢致裂纹，试样内部微裂纹主要在晶界、夹杂等缺陷处成核并扩展；标准C型环试样在0.8σs的恒应力作用下，浸泡于饱和硫化氢溶液中，720h内3组试样均发生断裂，表明其SCC敏感性较大，试样的宏观裂纹由边缘向内部扩展；扫描电镜结果显示，SCC断口有明显的脆性断裂（解理断口）特征，应力腐蚀开裂是由HIC引起，且裂纹扩展形式多为穿晶型。