研究表明,H2S濃度對應力腐蝕有明顯影響。濕H2S引起的開裂不僅包括硫化氫應力腐蝕(SSCC)、氫誘導(HIC)和應力導向氫開裂(SOHIC)和氫泡沫(HB),其破壞敏感性隨H2S濃度的增加而增加,達到飽和濕硫化氫的最大值。
對于低碳鋼來說,液體介質(zhì)中的硫化氫濃度,當溶液中的H2S濃度從2PPM增加到150PPM時,腐蝕速度迅速增加,但只要小于50PPM,破壞時間長,H2S濃度增加1600PPM,腐蝕速度迅速下降。
當硫化氫高于1600ppm~2420ppm時,腐蝕速度基本保持不變,說明高濃度硫化氫腐蝕并不比低濃度硫化氫腐蝕嚴重;但對于低合金高強度鋼,即使硫化氫濃度很低,也會造成快速破壞。
因此,在濕化氫腐蝕環(huán)境中,選擇設(shè)備的壓力元件材料將非常重要,特別是當硫化氫含有水時,硫化氫分壓決定了腐蝕程度,而不是硫化氫的濃度。
目前,國內(nèi)石化行業(yè)以0.00035Mpa(絕對)為控制值。當氣體介質(zhì)中硫化氫分壓大于或等于該控制值時,應采取措施,從設(shè)計、制造或使用等方面選擇新材料,盡量避免和減少碳鋼設(shè)備的硫化氫腐蝕。
在材料化學成分方面,影響硫化氫腐蝕的主要化學元素是錳和硫。錳在設(shè)備焊接過程中產(chǎn)生馬氏體。貝氏體高強度、低韌性微金相組織,硬度極高,對設(shè)備抗SSCC非常不利,硫在鋼中形成MNS、FES非金屬夾雜物,導致局部微組織松散,在濕硫氫環(huán)境中誘發(fā)HIC或SOHIC。
因此,應高度重視濕硫化氫環(huán)境壓力容器鋼的錳、硫含量和非金屬混合水平,不得超過標準。為提高鋼的抗?jié)窳蚧瘹湫阅?,法國壓力容器標準CODAP-90附錄MA3提出以下建議:
(1)如果能達到≤0.001%,最好減少夾雜物,限制鋼中的硫含量,S≤0.002%。
(2)限制鋼中的氧含量,O≤0.002%。
(3)限制鋼中磷含量,P≤0.008%。
(4)限制鋼中鎳含量。
(5)在滿足鋼板機械性能的情況下,應盡量減少鋼的碳含量。當然,國內(nèi)材料也在這方面努力工作。
16Mn對硫化物更敏感,因為它的Mn含量高達1.20~1.60%。在中國,濕硫化氫環(huán)境通常限制在50PPM以下,或盡量不使用。
12crmor、15crmor、1.25crmo等材料具有良好的耐氫腐蝕性和一定的耐硫性,但對濕硫化氫的腐蝕仍不理想。一般來說,奧氏體不銹鋼不耐濕硫化氫和氯離子的應力腐蝕。20Cr.Q235.20號鋼在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕速率比上述低合金鋼材料快。