《表1 17-4PH沉淀硬化型不锈钢的氢脆试验数据[5]》

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《对RCC-M M5110部分材质硬度限值规定的认识与探讨》

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注：1．试验环境：含饱和H2S的0.5%HAc水溶液；2．试样：在1040℃固溶处理，时效处理后，每组3个试样；3．拉应力：686MPa

发生SCC，有三个基本判断[5]：一是必须有应力（含外加载荷和/或残留内应力），特别是拉伸应力分量的存在。断裂所需应力，一般在低于材料的屈服强度就能发生；二是腐蚀介质是特定的，只有某些金属———介质的组合（如高强度钢与雨水或海水或含H2S的水溶液组合）才会发生SCC，且发生腐蚀的速率普遍较微小，腐蚀只是诱因；三是断口为脆断型。SCC发生的重要机理之一是氢脆机理，这种机理承认SCC首先有腐蚀，而氢进入金属引起氢脆，才是导致SCC发生的主要原因。不管是基本判断还是氢脆机理，都表明SCC与金属材料脆化有关。脆化降低了金属的塑性和韧性，而拉应力则增加了裂纹的敏感性。20世纪初世界石油开发初期，大量油气田设备构件突然断裂，以及前几年我国核电设备出现的承压设备连接螺栓断裂事故等，都有氢致开裂的前科和劣迹。高强度钢，如17-4PH沉淀硬化型不锈钢（对应RCC-M M5110牌号：X6CrNiCu17-04；美国钢铁牌号：630；我国钢铁牌号：05Cr17Ni4Cu4Nb）是对氢脆最敏感的材料，表1是它在H2S环境下的试验数据，试验施加的686 MPa拉应力，小于试样的屈服强度。17-4PH沉淀硬化型不锈钢经1040℃固溶处理，再经482℃时效处理后硬度达HRC45，试件发生破断；而在593℃时效，硬度为HRC35时，则不发生断裂。试验表明，只要沉淀硬化型不锈钢时效处理恰当，获得合适硬度，就完全可以避免SSC发生。构件选材在设计分析应力时，常以材料的屈服强度为标准，而试验用硬度判断，是因为硬度与屈服强度有一定关系，检测硬度无需截取和专门制作试件，获取相对容易。NACE据此对暴露在湿H2S气体介质中各种金属，通过外加应力经多种环境条件试验后认定，每种金属材料都存在着一个不发生断裂的硬度临界值。对材料硬度进行限制，是防止金属构件尤其是高强度钢制作的承压件连接螺栓与驱动杆构件免遭SCC破坏最有效的方法和手段。我国石油行业推荐含H2S的油气田所用钢管，要求将硬度值控制在HRC22以下，就取得非常好的效果。