抗硫化氫腐蝕碳鋼的焊接

1、躲管渡恭石油化工設計PetrochemicalDesign抗硫化氫腐蝕碳鋼的焊接曹國俊(中國石化工程建設有限公司，北京100101)摘要：介紹了濕硫化氫環(huán)境中鋼材的腐蝕種類及破壞機理、誘發(fā)硫化氫腐蝕的因素、抗硫化氫腐蝕鋼材的選用原則和基本要求；從抗硫化氫腐蝕碳鋼的焊材選用和焊接工藝要求這兩方面進一步做了說明，特別針對抗硫化氫腐蝕碳鋼的焊接問題，給出了一種低硫磷、高韌性、抗氫致硫化物應力腐蝕裂紋用的鋼焊絲產品，該產品經專業(yè)機構抗HIC、S

2、SC檢測和金相試驗測試以及在工程中的實際應用，結果表明完全能滿足抗硫化氫碳鋼焊接的特殊要求。關鍵詞：抗硫化氫腐蝕氫致開裂焊接在石化行業(yè)中，碳鋼大量用于含濕硫化氫介質的設備及管道的制造。怎樣采取有效措施提高碳鋼設備及管道的抗硫化氫腐蝕能力以及合理的選用焊材，對于提高設備和管道的安全運轉以及生產效率有著積極意義。1腐蝕種類及機理J濕硫化氫環(huán)境鋼材腐蝕涵蓋一系列破壞機理，這些破壞是在酸性工藝環(huán)境中由于充氫作用而引發(fā)的，屬于氫去極化腐蝕。其中H

3、s對腐蝕起著主導作用，水是引起腐蝕的必要條件。鋼在硫化氫溶液中的主要反應是：FeH2S=FeS2Hd(1)產生的氫原子吸附于鋼表面，進而有兩種可能的反應：2Hd：H1(2)2H=2Hb(Fe)(3)式中H為鋼表面上吸附的氫原子；H為鋼中吸收的氫原子。幾種主要的濕硫化氫環(huán)境鋼材腐蝕破壞形式有：1)氫鼓泡(HydrogenBlistering，HB)。在公式(1)、(3)硫化氫腐蝕電化學反應過程中，析出的氫原子向鋼中擴散，在鋼材的非金屬夾雜

4、物、分層以及其他不連續(xù)等易聚集處形成氫分子，由于較大的氫分子難以從鋼的組織內部逸出，因此積聚巨大的內壓致使周圍組織屈服，從而形成表面層下的平面孔穴結構，這個現象稱為氫鼓泡。其特點：發(fā)生時無需外力，與材料中的夾雜物等缺陷相關且分布于鋼材表面，屬于不可逆氫脆。2)氫致開裂(HydrogenInducedCracking，HIC)。不同層面上的相鄰的氫鼓泡裂紋，在氫氣壓力的作用下，相互連接形成階梯狀特征的內裂紋稱為氫致開裂。其特點：發(fā)生時與拉

5、應力和殘余應力無關，裂紋大多與鋼材的軋制方向平行。其產生主要受鋼材的結構成分的影響(鋼材組織含雜質越多，氫致開裂的可能性越大)。3)硫化物應力腐蝕開裂(SulfideStressCracking，SSCC)。濕硫化氫環(huán)境中，在拉應力或殘余應力和腐蝕共同作用下造成的金屬開裂稱為硫化物應力腐蝕開裂。它是氫致開裂的一種形態(tài)，是由于鋼材吸收硫化物在金屬表面腐蝕后產生的氫原子滲入鋼的內部固溶晶格中而造成的。其特點：受外部應力或殘余應力的影響且裂紋

6、一般沿壁厚方向排列。材料對SSCC的敏感性主要與強度(用硬度表示)有關，強度受化學成分、熱處理和顯微組織的影響。一般來說，硬度高的材料具有高的SSCC敏感性。收稿日期：2013—03—08。作者簡介：曹國俊，男，2006年畢業(yè)于大連理工大學化工設備與機械專業(yè)，工學碩士，工程師，從事管道材料的設計工作。聯系電話：010—84878791；E—mail：caognojunsei@sinopectom34石油化工設計2013年第3期(第30卷

7、)應力集中，產生局部拉應力，在含硫化氫介質作用下誘發(fā)硫化物應力腐蝕開裂。3抗硫化氫腐蝕碳鋼的基本要求1)應符合NACEMR01752003(油田設備用抗硫化應力裂紋的金屬材料》和NACEMR0103—2005(腐蝕性石油煉制環(huán)境中抗硫化物應力開裂材料選擇》中的規(guī)定。2)必須是硅鎮(zhèn)靜鋼。3)屈服強度(Re1)小于345MPa。4)碳當量CE042％，CE=CMn／6(CrMoV)／5(NiCu)／15，且Ni1％。5)鋼管、管件S≤001

8、％(W)，P≤0015％(W)；鍛制管件、法蘭：s≤002％(W)，P≤003％(W)；鑄件：S≤002％(W)，P≤003％(W)。6)應以正火組織狀態(tài)供貨，焊后應進行消除應力熱處理。7)母材、焊縫及熱影響區(qū)的硬度不超過200HB。8)母材和焊縫表面不得有深度大于05mm的尖銳缺陷存在。4抗硫化氫腐蝕碳鋼的焊接41抗硫化氫腐蝕碳鋼焊材選用要求1)焊材應具有良好的焊接工藝。2)焊縫材料的匹配性應遵循焊縫與母材金屬的強度、力學性能和化學成

9、分基本相同的原則。3)控制焊條和焊絲中S、P的含量，保證焊縫組織的S、P含量控制在規(guī)定范圍內。如：大西洋CHG—SHA型號焊絲熔敷金屬S、P含量可達S≤0006％、P≤O010％。4)提高焊縫的純凈度，應控制焊條和焊絲的氧含量(焊縫中氧化物形成的主要原因)。焊縫中氧化物的相對含量嚴重影響著焊縫的純凈度，而焊縫中氧化物夾雜是影響韌性的又一個主要因素，因此應維持焊條和焊絲中較低的含氧量。比如：大西洋CHG—SHA型號焊絲中氧含量可達到000

10、33％。5)在滿足強度要求的前提下，盡可能采用低強度焊接材料。42抗硫化氫腐蝕的專用焊材及代號焊材及代號見表1。對于型號CHG—SHA3]，廠家給出的熔敷金屬化學成分、力學性能試驗數據均達到標準要求(詳見表2、表3)。該產品經專業(yè)機構抗HIC、SSC檢測試驗和金相試驗，焊縫組織均勻，晶粒細小，表面未見氫鼓包發(fā)生開裂，證明其焊縫金屬具有很好的抗硫化氫應力腐蝕性能。43抗硫化氫腐蝕鋼的焊接要求1)焊接工藝規(guī)程應保證焊接件滿足母材的硬度要求，