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當不銹鋼發(fā)生應力腐蝕斷裂時(shí)，通常是特定離子存在下，一般是氯化物，陽(yáng)極控制的斷裂，或者是陰極控制的加氫裂化。除氯化物外，其它鹵化物也能引起斷裂，但它們不經(jīng)常遇到并且它們的作用取決于溶液中的其它變量如酸度和氧化能力，正如點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的情形。鹵素鹽中陽(yáng)離子的影響主要是它們對水解pH的影響，酸性鹽越多腐蝕性就越強。最常見(jiàn)的鹽氯化鈉是相當中性的；它的腐蝕性一般比含鈣及鎂的鹽要弱。加氫裂化通常需要高的氫分壓，并且主要限于雙相和鐵素體不銹鋼的鐵素體相中。

高性能不銹鋼，不管是什么結構類(lèi)型，通常都比標準奧氏體不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂性能更好。原因是從應力腐蝕斷裂的角度看，304和316不銹鋼中8%～12%的鎳含量處于一個(gè)不合適的水平；Copson56多年前采用45%的沸騰MgCl2溶液證明了這一點(diǎn)。較高的鎳、鉻、鉬含量提高了奧氏體的耐應力腐蝕斷裂的性能，從而提高了高性能不銹鋼的耐腐蝕性。鐵素體相進(jìn)一步改善了雙相不銹鋼的耐腐蝕性，并使得鐵素體不銹鋼在通常碰到的氯化物介質(zhì)中具有非常好的耐腐蝕性。此外，近來(lái)已明確了45%的沸騰MgCl2溶液，盡管能清楚地顯示出合金化的效果，但它是一種腐蝕性極強的介質(zhì)，在定義適用范圍時(shí)不一定有用。當前的研究已把重點(diǎn)放在模擬真實(shí)情況的方法步驟上。當在氯化鈉介質(zhì)中試驗時(shí)，既定的合金化作用得到證實(shí)。此外，從高性能不銹鋼上獲得有效的耐腐蝕性的可能性也已被顯示出來(lái)，見(jiàn)圖61。在200℃、26%的NaCl溶液中，處于奧氏體高性能不銹鋼鎳含量范圍的合金顯示出很長(cháng)的失效時(shí)間或不腐蝕狀態(tài)。

水和含鹽水介質(zhì)   

高性能不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂性能已經(jīng)在各種涉及到氯化物的實(shí)驗室試驗中得到評估。當初開(kāi)發(fā)出這些試驗以適用于會(huì )導致標準不銹鋼發(fā)生應力腐蝕斷裂的冷卻水或者含鹽水等惡劣條件。通過(guò)試驗條件的改變，產(chǎn)生不同的腐蝕程度，進(jìn)行不同高性能不銹鋼和標準不銹鋼間的對比。表31定性總結了不銹鋼在這些試驗中的性能表現。表中所列出的試驗按如下順序排列：左邊是較苛刻的高溫酸性氯化物介質(zhì)；右邊是苛刻的高氧含量、高溫介質(zhì)；中間是較適中的低溫介質(zhì)。表中各個(gè)部分，所列出的鋼種分組從上到下按照耐腐蝕性增加的順序排列。以316不銹鋼為代表的標準奧氏體鋼種，在所有這些試驗中都會(huì )發(fā)生應力腐蝕斷裂。最苛刻的試驗，45%的沸騰MgCl2溶液試驗將在除了低鎳鐵素體不銹鋼外的所有高性能不銹鋼上引起應力腐蝕斷裂。在最敏感的鋼種和最苛刻的試驗條件之間，合金的性能存在一個(gè)很寬的范圍。

在高性能奧氏體不銹鋼中，A-2組的不銹鋼在所有試驗中都表現出應力斷裂的敏感性，而A-5組的不銹鋼稍好一些。雖然這兩組的不銹鋼在不太苛刻的試驗中表現可能比316不銹鋼好一些，但不應當用它們來(lái)解決316不銹鋼應力腐蝕斷裂問(wèn)題，因為它們的鎳含量?jì)H僅稍高于316不銹鋼。采用鎳含量在18%以上的奧氏體不銹鋼，則耐應力腐蝕斷裂性能得到顯著(zhù)改善。這種改善隨著(zhù)鎳含量以及鉻和鉬含量的增加而增加。例如，在高性能奧氏體不銹鋼中，904L和20Cb-3不銹鋼常常用于那些316不銹鋼的耐應力腐蝕斷裂性能不足以滿(mǎn)足需要的應用，并且有優(yōu)良的表現。表31顯示，A-4和A-6組的不銹鋼在更惡劣的環(huán)境下應當是有效的。高性能雙相不銹鋼在耐應力腐蝕斷裂性能方面優(yōu)于304和316不銹鋼，因為它們含有鐵素體相，但是它們不像大多數高合金化奧氏體和鐵素體合金那樣能夠耐極端腐蝕性的環(huán)境。這可能是因為它們2%～8%的鎳含量，在奧氏體相中是很有害的。鐵素體不銹鋼均有良好的耐氯化物應力腐蝕斷裂性能。那些不含鎳的鋼種在表31所示的任何試驗介質(zhì)中沒(méi)有表現出敏感性，而在腐蝕性較強的介質(zhì)中，較高合金化的F-2和F-3組不銹鋼的1%～4%的鎳含量會(huì )造成腐蝕敏感性。

將實(shí)驗室的應力腐蝕斷裂數據用于工程設計是很困難的，因為要涉及到除合金含量以外的許多系統變化因素。這些變化因素包括實(shí)際的應力狀態(tài)、蒸發(fā)和局部離子濃縮的可能性，以及由含氧量決定的電位。易發(fā)生局部沸騰以及熱表面覆蓋保溫層的熱交換器是經(jīng)常碰到的涉及如上因素的情形。標準不銹鋼的局限性顯示，在這些場(chǎng)合需要采用高性能不銹鋼。Wick試驗和液滴蒸發(fā)試驗都試圖模擬這些條件。液滴蒸發(fā)試驗是其中較苛刻的方法，并常在各種應力水平下進(jìn)行。許多情況下，該試驗可為鋼種選擇提供指南。圖62給出了典型高性能不銹鋼的液滴蒸發(fā)試驗結果；所有試驗都是在相同的實(shí)驗室、在完全相同的實(shí)驗條件下進(jìn)行的。這些數據表明，鐵素體不銹鋼，以及較高合金化的高性能奧氏體和雙相不銹鋼組中的鋼種，在許多冷卻水應用所遇到的局部沸騰（沸點(diǎn)為常壓沸點(diǎn)）和蒸發(fā)的情況下表現良好。

實(shí)際的現場(chǎng)使用經(jīng)驗支持這些結論。高性能不銹鋼代替由于應力腐蝕斷裂而失效的304和316不銹鋼熱交換器管道和容器已經(jīng)有許多成功的實(shí)例。這些鋼種發(fā)生應力腐蝕斷裂的可能性極少。雖然很難規定使用限制，但實(shí)驗室和現場(chǎng)應用的數據為在含氧冷卻水中的應用提供了一些指導，見(jiàn)圖63。304和316不銹鋼的這條實(shí)線(xiàn)是根據一項對運行中的熱交換器的調查得來(lái)的，描述了對于約六年的有效使用年限，溫度和氯化物含量的限制。這條曲線(xiàn)隨熱交換器的種類(lèi)和工藝流體的溫度等因素的變化，位置會(huì )稍有變動(dòng)，但它為304和316不銹鋼提供了參考，并且強調了應力腐蝕雖然可以在較低溫度下發(fā)生，但如果水中氯化物濃度很低時(shí)發(fā)生了蒸發(fā)，它就很可能在約50℃ 以上的溫度下發(fā)生。高性能不銹鋼的曲線(xiàn)是根據圖62的實(shí)驗室試驗數據和現場(chǎng)經(jīng)驗得來(lái)的。這些曲線(xiàn)表明高性能不銹鋼在相當高的氯化物濃度和溫度下使用是有效的。

含硫石油天然氣介質(zhì)   

硫化氫的存在增加了油氣生產(chǎn)常常涉及的高氯化物水溶液的腐蝕性，二氧化碳的存在或有意添加的酸化劑增大了這些介質(zhì)的腐蝕性。隨著(zhù)介質(zhì)苛刻程度的增加，發(fā)生點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕、應力腐蝕斷裂甚至全面腐蝕的可能性增加。在H2S含量相對較低時(shí)，所有三種結構類(lèi)型的標準不銹鋼都能提供有效的耐腐蝕性，并且許多已被納入NACE標準MR0175，“油田裝置使用的耐硫化物應力腐蝕斷裂的金屬材料”。然而，當H2S分壓、氯化物濃度、溫度以及酸度增加時(shí)，有必要采用高性能奧氏體和雙相不銹鋼以提供有效的耐蝕性。從H2S-促進(jìn)應力腐蝕斷裂的角度看，高性能奧氏體不銹鋼一般優(yōu)于雙相不銹鋼，而鐵素體鋼種遠遠不如前面兩種不銹鋼。因為許多應用要求高強度，所以中等腐蝕性介質(zhì)下，雙相不銹鋼通常是首選，并且它們已被廣泛地研究來(lái)確定在這些環(huán)境下的適用性限制。

雙相不銹鋼對含硫介質(zhì)的耐蝕性是一個(gè)非常復雜的問(wèn)題，因為耐蝕性取決于冶金學(xué)、環(huán)境和應力因素之間的相互影響。在H2S存在時(shí)，主要的失效方式是鐵素體相的氫應力斷裂。低pH和高氯化物含量似乎加速了這一過(guò)程。但溫度的影響是這樣的，隨著(zhù)溫度從室溫升高到大約100℃，敏感性增加，然后在較高溫度時(shí)下降。陽(yáng)極應力腐蝕斷裂機理或均勻腐蝕在較高溫度下占優(yōu)勢，尤其當氯化物含量高時(shí)。從冶金學(xué)的角度看，如果組織中鐵素體所占比例高，則對加氫裂化有利，而過(guò)多的奧氏體會(huì )促進(jìn)陽(yáng)極形式的斷裂發(fā)生。冷加工會(huì )促使兩種形式的斷裂發(fā)生，但經(jīng)常采用一定程度的冷加工來(lái)達到較高的強度。除了已經(jīng)提到的環(huán)境因素外，粘在金屬表面的油能起到抑制作用；一些離子，如海水和人工水中的碳酸氫鹽，也提高了pH，產(chǎn)生了苛刻程度低于實(shí)驗室的介質(zhì)環(huán)境，實(shí)驗室采用的是無(wú)緩沖劑的氯化鈉溶液。在實(shí)驗室試驗中，試樣加載應力的方式也會(huì )得出不同的試驗結果，必須從工程適用性的角度加以解釋。

許多實(shí)驗室試驗的結果與實(shí)際應用經(jīng)驗相比，結論似乎過(guò)于保守。例如，用慢應變速率試驗（SSRT）方法進(jìn)行應力腐蝕斷裂評定，所確定的合格H2S水平一般低于用其他方法試驗得出的結果。這種差異以及H2S和溫度對應力腐蝕斷裂的影響，見(jiàn)圖64。SSRT（慢應變速率試驗）通常在最低H2S分壓產(chǎn)生斷裂，而且溫度在大約100℃時(shí)，應力腐蝕斷裂敏感性為最大值。已經(jīng)確定了發(fā)生各種形式腐蝕的H2S和溫度的范圍。圖65給出了一個(gè)2205雙相不銹鋼的例子。在一些H2S分壓和溫度組合最小值之上，局部點(diǎn)蝕有可能發(fā)生，然后是應力腐蝕斷裂。在H2S分壓和溫度組合最大值的地方，會(huì )發(fā)生均勻腐蝕。這些范圍將隨著(zhù)其他環(huán)境因素以及合金成分和鋼種的變化而變化。圖66馬氏體、雙相以及奧氏體不銹鋼的情形說(shuō)明了這一點(diǎn)。雙相不銹鋼在中等腐蝕條件下有優(yōu)良的性能，但苛刻的應用條件，需要采用高性能奧氏體不銹鋼或鎳基合金。

氫介質(zhì)   

標準和高性能奧氏體不銹鋼對具有高氫氣分壓的環(huán)境有很好的耐腐蝕性，它們常被指定用于各種溫度和壓力的氫介質(zhì)。鐵素體相對氫損害很敏感，從雙相不銹鋼，尤其鐵素體不銹鋼的較差表現可以反映出來(lái)。雙相不銹鋼在適中的含氫條件下能夠保持一定的塑性和韌性，因為即使鐵素體相嚴重脆化，奧氏體相還能提供剩余的塑性。

這種奧氏體的有利作用在鐵素體鋼種中不存在；因此，當在涉及氫的應用中考慮它們時(shí)要謹慎。例如，當鐵素體不銹鋼暴露在含氫的退火氣氛中時(shí)，會(huì )產(chǎn)生孔隙和裂紋。加工碳氫化合物時(shí)，在比較適中的溫度，有充氫的可能性，特別是當充氫的催化劑如氰化物存在時(shí)。熱交換器運送冷卻水時(shí)，如果表面是通過(guò)電耦合和陰極保護來(lái)維持陰極，有可能充氫并導致嚴重的脆化。充氫開(kāi)始變得顯著(zhù)時(shí)的電勢相對于標準甘汞電極大約為-800mV。氯化物濃度、生物活性、電勢、溫度以及時(shí)間都影響充氫苛刻程度。氯化物對由于氫脆造成 F-2組的鐵素體不銹鋼塑性下降的影響見(jiàn)圖67。氫脆降低了塑性和韌性。破裂常常由于解理造成，但嚴重的氫脆甚至將引起晶界破裂。用鈦穩定化或鎳合金化似乎加劇了這種作用。高純E-BRITE26-1可能是最耐蝕的高性能鐵素體不銹鋼，在許多涉及氫和氰化物的精煉廠(chǎng)應用中具有良好的使用性能。

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