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17-4PH钢在硫化氢环境中抗氢致开裂与应力腐蚀开裂性能

    不锈钢材料在湿H2S环境中的腐蚀开裂时有发生,17-4PH是一种典型的马氏体沉淀硬化型不锈钢,其性能特点是强度高、硬度高,耐蚀性能优于普通马氏体不锈钢,并可通过改变热处理工艺调整强度级别。马氏体相变和时效处理形成沉淀硬化相是其主要强化手段,由于其衰减性能好,抗腐蚀疲劳及疏水性强,被广泛应用于海上平台、涡轮机叶片、阀门、机械零部件等。本工作对17-4PH不锈钢在硫化氢环境中进行应力腐蚀与氢致开裂试验,探索其耐硫化氢的适用范围和条件,为石油化工设备构件的安全运行和维护提供依据。

    本试验所用材料为17-4PH钢,实测抗拉强度1020MPa,屈服强度725MPa,伸长率20%,断面收缩率65%。热处理方式为1050℃保温60min,油冷,再经630℃保温5h,空冷。其化学成分见表1。



    表1 17-4PH钢的化学成分(质量分数,%)

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    根据美国NACE标准研究了17-4PH钢在酸性H2S水溶液中的抗氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SCC)的性能,用光学显微镜及扫描电镜(SEM)观察了裂纹形貌,并结合理论分析了材料的致氢开裂与应力腐蚀开裂行为。

    结果表明:标准NACE试验溶液中会产生氢致裂纹,试样内部微裂纹主要在晶界、夹杂等缺陷处成核并扩展;标准C型环试样在0.8σs的恒应力作用下,浸泡于饱和硫化氢溶液中,720h内3组试样均发生断裂,表明其SCC敏感性较大,试样的宏观裂纹由边缘向内部扩展;扫描电镜结果显示,SCC断口有明显的脆性断裂(解理断口)特征,应力腐蚀开裂是由HIC引起,且裂纹扩展形式多为穿晶型。