钢在湿硫化氢环境中的开裂机理

1金属在湿H₂S环境中腐蚀的电化学过程

湿硫化氢腐蚀环境，即H₂S+H₂O型的腐蚀环境，是指水或含水物流在露点以下与H₂S共存时，在压力容器与管道中产生的腐蚀环境。湿硫化氢环境广泛存在于炼油厂二次加工装置的轻油部位，如流化、催化、裂化装置的吸收稳定部分、产品精制装置中的干气及液化石油气脱硫部分、酸性水汽提装置的汽提塔、加氢裂化装置和加氢脱硫装置冷却器、高压分离器及其下游设备。

金属在湿H₂S环境中腐蚀的电化学过程调查表明，金属在干燥的H₂S气体和含饱和H₂S的煤油或苯中不发生开裂。只有在湿H₂S环境下，即H₂S的水溶液或水膜中，才会发生开裂。一般认为，当H₂S遇到水时，溶于水并逐步发生电离而具有酸性。在钢材表面发生电化学反应，除形成FeS外，还有其他形式的硫化铁如FeS₂、Fe₃S₄、FeS₁-x等。

2钢在湿硫化氢环境中的开裂机理

在H₂S+H₂O腐蚀环境中，容器设备发生两种腐蚀：均匀腐蚀和湿硫化氢应力腐蚀开裂。在对湿硫化氢环境中低合金高强度钢开裂机理研究的基础上，普遍认为湿硫化氢引起的开裂有以下4种形式。

1）氢鼓泡（HB）

氢鼓泡是由于含硫化合物腐蚀过程析出的氢原子向钢中渗透，在钢中缺陷部位如杂质、夹杂界面、位错、气孔、偏析、非金属夹杂（MnS）处聚集，形成氢分子，使钢材内部产生很大的内应力，以致引起界面开裂，形成氢鼓泡。氢鼓泡的分布平行于钢板表面，其发生并不需要外加应力。在实际生产中，氢鼓泡常发生于钢中夹杂物及其他冶金缺陷处。

2）氢致开裂（HIC）

当氢的压力继续增高时，在钢内部发生氢鼓泡的区域，小的鼓泡裂纹趋向于相互连接，形成有阶梯状特征的氢致开裂，HIC的发生也不需要外加应力。在实际生产中，氢致开裂主要取决于钢的成分、纯净度。

3）硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）

湿硫化氢环境中产生的氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，硫化物产生的氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致脆性，在外加拉应力或残余应力作用下形成开裂。SSCC通常发生于焊缝与热影响区的高硬度、高强度区，并可能导致氢脆。

4）应力导向氢致开裂（SOHIC）

应力导向氢致开裂是在应力引导下，在夹杂物与缺陷处因氢聚集而形成的成排小裂纹，裂纹沿垂直于应力的方向发展及向压力容器与管道的壁厚方向发展。SOHIC常发生在焊接接头的热影响区及高应力集中区，如接管处、几何突变处、裂纹状缺陷处或应力腐蚀开裂处等。应力集中常为裂纹缺陷或应力腐蚀裂纹所引起。