抗SSC硫化氫應力腐蝕材料

1. 選用抗硫化氫材料

抗硫化氫材料主要是指對硫化氫應力腐蝕開裂和氫損傷有一定抗力或對這種開裂不敏感的材料。同時采用低硬度（強度）和完全淬火＋回火處理工藝對材料抗硫化氫腐蝕是有利的。

美國國家腐蝕工程師學會(NACE)標準MR 0175(1980年修訂)中規定：含硫化氫環境中使用的鉆桿、鉆桿接頭、鉆鋌和其它管材的最大硬度不許高于HRC22；鉆桿接頭與鉆桿的焊接及熱影響區應進行淬火＋595℃以上溫度的回火處理；對于最小屈服強度大于655MPa的鋼材應進行淬火＋回火處理，以獲得抗硫化物應力腐蝕開裂的最佳能力。

抗H2S腐蝕鋼材的基本要求：

⑴成分設計合理：材料的抗H2S應力斷裂性能主要與材料的晶界強度有關，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素細化原始奧氏體晶粒度。超細晶粒原始奧氏體經淬火后，形成超細晶粒鐵素體和分布良好的超細碳化物組織，是開發抗硫化物應力腐蝕的高強度鋼最有效的途徑。

⑵采用有害元素(包括氫, 氧, 氮等)含量很低純凈鋼；

⑶良好的淬透性和均勻細小的回火組織，硬度波動盡可能??；

⑷回火穩定性好，回火溫度高(＞600℃)；

⑸良好的韌性；

⑹消除殘余拉應力。

油氣田常用的抗SSC碳素鋼

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油氣田常用的抗SSC低合金鋼

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油氣田常用的抗SSCC油套管及輸送管

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2.添加緩蝕劑

實踐證明合理添加緩蝕劑是防止含H2S酸性油氣對碳鋼和低合金鋼設施腐蝕的一種有效方法。緩蝕劑對應用條件的選擇性要求很高，針對性很強。不同介質或材料往往要求的緩蝕劑也不同，甚至同一種介質，當操作條件(如溫度、壓力、濃度、流速等)改變時，所采用的緩蝕劑可能也需要改變。

用于含H2S酸性環境中的緩蝕劑，通常為含氧的有機緩蝕劑(成膜型緩蝕劑)，有胺類、米唑啉、酰胺類和季胺鹽，也包括含硫、磷的化合物。如四川石油管理局天然氣研究所研制的CT2－l和CT2－4油氣井緩蝕劑及CT2—2輸送管道緩蝕劑，在四川及其他含硫化氫油氣田上應用均取得良好的效果。

3.控制溶液pH值

提高溶液pH值降低溶液中H+含量可提高鋼材對硫化氫的耐蝕能力，維持pH值在9～11之間，這樣不僅可有效預防硫化氫腐蝕，又可同時提高鋼材疲勞壽命。

4. 金屬保護層

在需保護的金屬表面用電鍍或化學鍍的方法鍍上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金屬，保護內層不被腐蝕。

5. 保護器保護

將被保護的金屬如鐵作陰極，較活潑的金屬如Zn作犧牲性陽極。陽極腐蝕后定期更換。

6. 陰極保護

外加電源組成一個電解池，將被保護金屬作陰極，廢金屬作陽極。

2023年08月29日

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周寧夫

SSC硫化物應力腐蝕試驗：

SSCC是指受拉伸應力作用的金屬材料在硫化物介質中，由于介質與應力的耦合作用而發生的脆性斷裂現象。SSC全稱是Sulfide Stress Cracking，中文名稱是硫化物應力腐蝕試驗，硫化物應力腐蝕開裂(Sulfide Stress Corrosion Cracking，簡寫SSCC或SSC)，按標準NACE TM0177-2005進行實驗。SSC測試主要采用恒負荷應力腐蝕實驗(A法)和三點彎曲法測試實驗(B法)。

在酸性環境中，硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)是破壞性和危害性最大的一種腐蝕形式，受到國內外專家的普遍關注。SSCC是在外加應力和腐蝕環境雙重作用下發生的破壞，其產生有3個必要條件：敏感的材料、酸性環境和拉伸應力。SSCC與通常所說的應力腐蝕有所區別，在通常所說的應力腐蝕中，環境所起的作用是以陽極溶解為主，而SSCC則是以陰極充氫為主，雖然SSCC機理尚未被完全揭示，但目前大多數學者傾向于把這種開裂解釋為氫脆破裂。應力腐蝕開裂無明顯的征兆，因此易對長輸管道(尤其是天然氣管道)造成災難性的后果。

目前，關于SSCC的機理研究主要有氫脆理論，認為腐蝕的陰極反應產生氫，氫原子進入金屬內部，并擴散到裂縫尖端，使這一區域變脆，在拉伸應力作用下發生脆斷。氫在應力腐蝕中起著主要作用，但是關于氫如何引起脆斷的看法各有不同：有些學者認為氫降低了裂紋前緣原子鍵結合能；有些學者認為吸附氫的作用使表面能下降；還有些學者則認為氫氣造成高的內壓，促進位錯活動等等。近年來，隨著應力作用下的腐蝕斷裂研究不斷深入，把陽極溶解和氫擴散致脆的過程結合起來，可以較好地分析一些腐蝕斷裂現象。一般認為，氫在應力腐蝕中的作用應根據具體情況而定：在有些腐蝕體系中以氫脆為主，另外一些腐蝕體系中則以陽極溶解為主。高強鋼中硫化物引起的金屬破裂被認為是氫脆所致，氫是應力腐蝕斷裂的重要因素，但在低強度鋼中，氫不是應力腐蝕斷裂的主要因素。

關于H2S促進滲氫過程的機理目前有不少假說，但真正的試驗依據還不多。有些學者認為H2S的存在使Fe-H鍵能降低，氫原子很容易從金屬表面轉移到深處；有些學者認為，由于S-H鍵的強度比Fe-H鍵弱，在H2S溶液中，H2S中的氫比吸附到金屬表面的原子氫更容易離解而進入金屬內部；有些學者認為吸附在金屬表面上的H2S分子破裂形成了新的氫原子，即H2S+2e→2H吸附+S2，導致金屬表面的氫濃度升高；有些學者認為H2S起催化劑的作用；還有些學者認為，溶解而未電離的H2S分子促進了氫脆，它吸附在鋼材的表面，對質子放電起橋式配位體作用，從而加速放電反應，并使氫進入鋼中。上述研究都提供了H2S加速滲氫過程的依據，說明了H2S引起的應力腐蝕破裂本身受擴散過程控制，其中點陣擴散是這類脆斷的主要控制因素。高強鋼在酸性H2S環境中容易產生破裂，就是因為H2S促進了因腐蝕產生的氫原子擴散到裂紋前緣的金屬內部，使氫脆更快發生。從微觀角度分析，腐蝕所引起的內部氫脆，要經歷氫原子的化學吸附→溶解(吸附)→點陣擴散→形成氫化物→裂紋或氣泡4個階段。