服務(wù)熱線：可調(diào)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(diào)縮孔運(yùn)行過程中，氫是普遍存在的一種腐蝕介質(zhì)，這不僅僅在于有許多氫處理生產(chǎn)裝置，而石油產(chǎn)品本身 是碳?xì)浠衔?，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(yīng)中，如H2O、H2S等物質(zhì)的分解和反應(yīng)，都會(huì)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(duì)可調(diào)縮孔的危害比較大的腐蝕形式。
前面已經(jīng)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(nèi)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(nèi)，釘扎著晶格使其不易變形，若變形則表現(xiàn)為脆變。這種由于氫原子的作用而使金屬變脆（可調(diào)縮孔材料的延伸率和斷面收縮率 下降）的現(xiàn)象稱為氫脆。當(dāng)受外力作用時(shí)，金屬材料會(huì)在毫無預(yù)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(fù)其原有的機(jī)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(shí)時(shí)間越短。
b、溫度。高溫下不發(fā)生氫脆，此時(shí)它已轉(zhuǎn)化為氫腐蝕。溫度太低時(shí)也不發(fā)生，因?yàn)榇藭r(shí)氫不具備大量滲入金屬晶格內(nèi)的活性。它一般多發(fā)生在－30℃～30℃溫度區(qū)間內(nèi)。
c、可調(diào)縮孔金屬材料的強(qiáng)度。強(qiáng)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(shù)是球狀珠光體組織的3倍。
e、應(yīng)力水平。材料的脆斷是在足夠的應(yīng)力作用下發(fā)生的，降低應(yīng)力水平，使其低于晶格滑移所需的 小能量，氫脆將不會(huì)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(qiáng)度低的材料；降低金屬構(gòu)件的應(yīng)力水平。
2、氫鼓泡
氫原子滲入到可調(diào)縮孔金屬材料內(nèi)部，在遇到裂紋、夾雜、氣孔等空隙處，會(huì)聚集并結(jié)合成氫分子。氫分子的產(chǎn)生伴隨著體積的急劇膨脹，從而產(chǎn)生很高的內(nèi)部氫氣壓力，這個(gè)壓力將導(dǎo)致原微觀缺陷的擴(kuò)展。如果材料內(nèi)部缺陷的擴(kuò)展方向?qū)χ摬谋砻?，或者該缺陷靠近金屬表面，則將產(chǎn)生氫鼓泡。氫鼓泡一般發(fā)生在常溫下，而且有無應(yīng)力存在都能產(chǎn)生。
影響氫擴(kuò)散的因素都會(huì)影響到氫鼓泡的產(chǎn)生。除此之外，影響氫鼓泡產(chǎn)生的主要因素是材料內(nèi)部的缺陷。因此，工程上要嚴(yán)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(huì)與鋼材中的不穩(wěn)定碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷，反應(yīng)式為：
C + 2H2CH4
Fe3C + 2H23Fe + CH4
該反應(yīng)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(diào)縮孔常用鋼材內(nèi)部則稱之為氫腐蝕（也叫內(nèi)部脫碳）。鋼材的表面脫碳為均勻性的化學(xué)腐蝕，因此并不可怕。而內(nèi)部脫碳則是復(fù)雜的化學(xué)腐蝕+局部腐蝕（早期）+應(yīng)力腐蝕的綜合。它的產(chǎn)生有一個(gè)過程：首先是氫原子侵入鋼材內(nèi)部，可調(diào)縮孔在一定的溫度和壓力條件下，氫原子會(huì)與鋼材中的碳化合生成甲烷，甲烷氣因?yàn)槠浞肿虞^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(dǎo)致裂紋和鼓泡的產(chǎn)生，直到鋼材發(fā)生破壞。
影響鋼材表面脫碳和內(nèi)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(jù)是Nelson曲線。該曲線由美國石油學(xué)會(huì)以API941標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，目前已被世界各國 采用。實(shí)踐證明，它是一個(gè) 而且適用的可調(diào)縮孔選材依據(jù)。
在應(yīng)用Nelson曲線時(shí)，應(yīng)注意它的數(shù)據(jù)大部分來源于工業(yè)實(shí)際報(bào)告，而來自實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)很少，可以說它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值的描述，目前尚未得到理論上的驗(yàn)證，因此在查曲線數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)溫度的基礎(chǔ)上加30℃～50℃作為基準(zhǔn)溫度，以便給出一個(gè) 系數(shù)。
石油化工鋼制可調(diào)縮孔材料選用標(biāo)準(zhǔn)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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