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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    瀏覽:0
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,%)
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
V
Al
Nb
N
Cu
0.05
0.6
0.5
0.02
0.003
3.8
16.5
0.23
-
-
0.2
0.03
3.05
 
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。
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