服務熱線：可調縮孔談氫損傷：金屬材料常見腐蝕介
2018年09月14日
滄州五森管道有限公司
可調縮孔運行過程中，氫是普遍存在的一種腐蝕介質，這不僅僅在于有許多氫處理生產裝置，而石油產品本身 是碳氫化合物，在加工過程中，由于它的分解和聚合，都將釋放和吸收氫。在其它反應中，如H2O、H2S等物質的分解和反應，都會釋放出氫，因此說，氫損傷在石油加工過程中發(fā)生的范圍很廣，也是一種對可調縮孔的危害比較大的腐蝕形式。
前面已經提到，氫損傷可分為四種主要型式，即氫脆、氫鼓泡、表面脫碳和氫腐蝕（也叫內部脫碳），前二者多發(fā)生在低溫條件下，后兩種多發(fā)生在高溫度條件下。
1、氫脆
由于氫原子比較小，在一定條件下它能滲入金屬的晶格內，釘扎著晶格使其不易變形，若變形則表現為脆變。這種由于氫原子的作用而使金屬變脆（可調縮孔材料的延伸率和斷面收縮率 下降）的現象稱為氫脆。當受外力作用時，金屬材料會在毫無預測的情況下突然脆斷，而且呈延遲破壞 征。氫脆是可逆的，通過熱處理可將金屬中的溶解氫釋放出去，而金屬也將恢復其原有的機械性能。
影響氫脆的因素有：
a、氫分壓。氫分壓越高，延遲破壞時時間越短。
b、溫度。高溫下不發(fā)生氫脆，此時它已轉化為氫腐蝕。溫度太低時也不發(fā)生，因為此時氫不具備大量滲入金屬晶格內的活性。它一般多發(fā)生在－30℃～30℃溫度區(qū)間內。
c、可調縮孔金屬材料的強度。強度越高，發(fā)生氫脆的可能性越大。
d、金屬的金相組織。如馬氏體組織發(fā)生氫脆的指數是球狀珠光體組織的3倍。
e、應力水平。材料的脆斷是在足夠的應力作用下發(fā)生的，降低應力水平，使其低于晶格滑移所需的 小能量，氫脆將不會發(fā)生。
工程上防止氫脆發(fā)生的措施有：避開其溫度敏感區(qū)使用；選用強度低的材料；降低金屬構件的應力水平。
2、氫鼓泡
氫原子滲入到可調縮孔金屬材料內部，在遇到裂紋、夾雜、氣孔等空隙處，會聚集并結合成氫分子。氫分子的產生伴隨著體積的急劇膨脹，從而產生很高的內部氫氣壓力，這個壓力將導致原微觀缺陷的擴展。如果材料內部缺陷的擴展方向對著鋼材表面，或者該缺陷靠近金屬表面，則將產生氫鼓泡。氫鼓泡一般發(fā)生在常溫下，而且有無應力存在都能產生。
影響氫擴散的因素都會影響到氫鼓泡的產生。除此之外，影響氫鼓泡產生的主要因素是材料內部的缺陷。因此，工程上要嚴格控制臨氫管道元件的制造缺陷， 別是金相偏析、非金屬夾雜物和微裂紋的存在以及存在形態(tài)和多少。
3、表面脫碳和氫腐蝕
在高溫高壓條件下，氫會與鋼材中的不穩(wěn)定碳化物發(fā)生化學反應生成甲烷，反應式為：
C + 2H2CH4
Fe3C + 2H23Fe + CH4
該反應如果發(fā)生在鋼材表面，則稱之為表面脫碳。如果發(fā)生在可調縮孔常用鋼材內部則稱之為氫腐蝕（也叫內部脫碳）。鋼材的表面脫碳為均勻性的化學腐蝕，因此并不可怕。而內部脫碳則是復雜的化學腐蝕+局部腐蝕（早期）+應力腐蝕的綜合。它的產生有一個過程：首先是氫原子侵入鋼材內部，可調縮孔在一定的溫度和壓力條件下，氫原子會與鋼材中的碳化合生成甲烷，甲烷氣因為其分子較大而不能從鋼材中逸出，而是聚集在晶界或夾雜物附近。隨著甲烷氣的增多，壓力逐漸升高， 終導致裂紋和鼓泡的產生，直到鋼材發(fā)生破壞。
影響鋼材表面脫碳和內部脫碳的主要因素是氫分壓和溫度。工程上，防止氫蝕破壞的選材依據是Nelson曲線。該曲線由美國石油學會以API941標準發(fā)布，目前已被世界各國 采用。實踐證明，它是一個 而且適用的可調縮孔選材依據。
在應用Nelson曲線時，應注意它的數據大部分來源于工業(yè)實際報告，而來自實驗室的數據很少，可以說它是一個統計值的描述，目前尚未得到理論上的驗證，因此在查曲線數據時，應在設計溫度的基礎上加30℃～50℃作為基準溫度，以便給出一個 系數。
石油化工鋼制可調縮孔材料選用標準SH3075中的圖9.1.1-1和圖9.1.1-2給出了較新版的Nelson曲線，本書在此省略。
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