抗SSC硫化氢应力腐蚀材料

1. 选用抗硫化氢材料

抗硫化氢材料主要是指对硫化氢应力腐蚀开裂和氢损伤有一定抗力或对这种开裂不敏感的材料。同时采用低硬度（强度）和完全淬火＋回火处理工艺对材料抗硫化氢腐蚀是有利的。

美国国家腐蚀工程师学会(NACE)标准MR 0175(1980年修订)中规定：含硫化氢环境中使用的钻杆、钻杆接头、钻铤和其它管材的最大硬度不许高于HRC22；钻杆接头与钻杆的焊接及热影响区应进行淬火＋595℃以上温度的回火处理；对于最小屈服强度大于655MPa的钢材应进行淬火＋回火处理，以获得抗硫化物应力腐蚀开裂的最佳能力。

抗H2S腐蚀钢材的基本要求：

⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。

⑵采用有害元素(包括氢, 氧, 氮等)含量很低纯净钢；

⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小；

⑷回火稳定性好，回火温度高(＞600℃)；

⑸良好的韧性；

⑹消除残余拉应力。

油气田常用的抗SSC碳素钢

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油气田常用的抗SSC低合金钢

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油气田常用的抗SSCC油套管及输送管

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2.添加缓蚀剂

实践证明合理添加缓蚀剂是防止含H2S酸性油气对碳钢和低合金钢设施腐蚀的一种有效方法。缓蚀剂对应用条件的选择性要求很高，针对性很强。不同介质或材料往往要求的缓蚀剂也不同，甚至同一种介质，当操作条件(如温度、压力、浓度、流速等)改变时，所采用的缓蚀剂可能也需要改变。

用于含H2S酸性环境中的缓蚀剂，通常为含氧的有机缓蚀剂(成膜型缓蚀剂)，有胺类、米唑啉、酰胺类和季胺盐，也包括含硫、磷的化合物。如四川石油管理局天然气研究所研制的CT2－l和CT2－4油气井缓蚀剂及CT2—2输送管道缓蚀剂，在四川及其他含硫化氢油气田上应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+含量可提高钢材对硫化氢的耐蚀能力，维持pH值在9～11之间，这样不仅可有效预防硫化氢腐蚀，又可同时提高钢材疲劳寿命。

4. 金属保护层

在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。

5. 保护器保护

将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。

6. 阴极保护

外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。

2023年08月29日

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周宁夫

SSC硫化物应力腐蚀试验：

SSCC是指受拉伸应力作用的金属材料在硫化物介质中，由于介质与应力的耦合作用而发生的脆性断裂现象。SSC全称是Sulfide Stress Cracking，中文名称是硫化物应力腐蚀试验，硫化物应力腐蚀开裂(Sulfide Stress Corrosion Cracking，简写SSCC或SSC)，按标准NACE TM0177-2005进行实验。SSC测试主要采用恒负荷应力腐蚀实验(A法)和三点弯曲法测试实验(B法)。

在酸性环境中，硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)是破坏性和危害性最大的一种腐蚀形式，受到国内外专家的普遍关注。SSCC是在外加应力和腐蚀环境双重作用下发生的破坏，其产生有3个必要条件：敏感的材料、酸性环境和拉伸应力。SSCC与通常所说的应力腐蚀有所区别，在通常所说的应力腐蚀中，环境所起的作用是以阳极溶解为主，而SSCC则是以阴极充氢为主，虽然SSCC机理尚未被完全揭示，但目前大多数学者倾向于把这种开裂解释为氢脆破裂。应力腐蚀开裂无明显的征兆，因此易对长输管道(尤其是天然气管道)造成灾难性的后果。

目前，关于SSCC的机理研究主要有氢脆理论，认为腐蚀的阴极反应产生氢，氢原子进入金属内部，并扩散到裂缝尖端，使这一区域变脆，在拉伸应力作用下发生脆断。氢在应力腐蚀中起着主要作用，但是关于氢如何引起脆断的看法各有不同：有些学者认为氢降低了裂纹前缘原子键结合能；有些学者认为吸附氢的作用使表面能下降；还有些学者则认为氢气造成高的内压，促进位错活动等等。近年来，随着应力作用下的腐蚀断裂研究不断深入，把阳极溶解和氢扩散致脆的过程结合起来，可以较好地分析一些腐蚀断裂现象。一般认为，氢在应力腐蚀中的作用应根据具体情况而定：在有些腐蚀体系中以氢脆为主，另外一些腐蚀体系中则以阳极溶解为主。高强钢中硫化物引起的金属破裂被认为是氢脆所致，氢是应力腐蚀断裂的重要因素，但在低强度钢中，氢不是应力腐蚀断裂的主要因素。

关于H2S促进渗氢过程的机理目前有不少假说，但真正的试验依据还不多。有些学者认为H2S的存在使Fe-H键能降低，氢原子很容易从金属表面转移到深处；有些学者认为，由于S-H键的强度比Fe-H键弱，在H2S溶液中，H2S中的氢比吸附到金属表面的原子氢更容易离解而进入金属内部；有些学者认为吸附在金属表面上的H2S分子破裂形成了新的氢原子，即H2S+2e→2H吸附+S2，导致金属表面的氢浓度升高；有些学者认为H2S起催化剂的作用；还有些学者认为，溶解而未电离的H2S分子促进了氢脆，它吸附在钢材的表面，对质子放电起桥式配位体作用，从而加速放电反应，并使氢进入钢中。上述研究都提供了H2S加速渗氢过程的依据，说明了H2S引起的应力腐蚀破裂本身受扩散过程控制，其中点阵扩散是这类脆断的主要控制因素。高强钢在酸性H2S环境中容易产生破裂，就是因为H2S促进了因腐蚀产生的氢原子扩散到裂纹前缘的金属内部，使氢脆更快发生。从微观角度分析，腐蚀所引起的内部氢脆，要经历氢原子的化学吸附→溶解(吸附)→点阵扩散→形成氢化物→裂纹或气泡4个阶段。