H2S/CO2环境中13Cr和FV520B不锈钢的应力腐蚀行为

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13Cr马氏体不锈钢因其较高的性价比和良好的耐蚀性能,广泛应用于石油化工领域。13Cr不锈钢的应力腐蚀行为研究主要集中在常压CO2环境,对高压CO2和常压CO2含低浓度H2S环境研究较少且不成体系,本文以13Cr和FV520B不锈钢为研究对象,研究13Cr不锈钢在高压CO2环境中的应力腐蚀行为,探究温度对13Cr不锈钢在高压CO2环境中应力腐蚀性能的影响,为高压CO2环境中13Cr不锈钢在不同温度下的合理选用提供理论指导。并研究常压CO2含低浓度H2S环境中13Cr不锈钢和在13Cr钢基础上开发的FV520B不锈钢应力腐蚀行为,为常压CO2含低浓度H2S环境中13Cr不锈钢的合理选材和成分优化提供数据支撑和理论依据。高压CO2环境中的慢拉伸试验表明,高压CO2环境(纯水,2.5MPa CO2+3.5MPa N2)中应力腐蚀敏感性最高的温度为60℃,引入Cl-后应力腐蚀敏感性最高的温度为90℃。90℃添加氯离子条件下的电化学测试和断口观察显示浸泡初期是腐蚀产物膜层生长致密化的过程,13Cr不锈钢持续浸泡36小时左右达到最高的耐蚀性能,而后随着腐蚀产物膜层不断增厚,膜层中的缺陷也增多,膜层变得不稳定,点蚀在膜层薄弱位置孕育,生长,在应力作用下裂纹萌生,扩展,拉伸试样最后失稳断裂。氯离子的存在可以加速13Cr不锈钢的腐蚀速率,进而加速Cr的表面富集形成腐蚀产物膜,一旦膜层破裂,则出现大阴极小阳极的腐蚀加速反应,从而增加应力集中的效应。低浓度H2S环境中的电化学测试表明,浸泡初期13Cr不锈钢耐蚀性能不及FV520B不锈钢,随着浸泡时间的增加,两种不锈钢的耐蚀性能均下降,浸泡48小时FV520B不锈钢腐蚀电流密度陡增,并且大于13Cr不锈钢。慢拉伸试验和氢浓度测试显示随着预先浸泡时间的增加,13Cr不锈钢中的氢浓度不断增加,应力腐蚀敏感性短时间跃升后缓慢增加。FV520B不锈钢中的氢浓度小幅度增加,应力腐蚀敏感性缓慢增加,FV520B不锈钢引入的氢浓度远低于13Cr不锈钢,所引起的氢损伤差异巨大,从拉伸断口观察,13Cr不锈钢呈脆性断裂,FV520B不锈钢的断口中可观察到等轴韧窝,呈韧性断裂特征,FV520B不锈钢的应力腐蚀性能优于13Cr不锈钢。循环极化测试表明:在低浓度H2S环境中13Cr不锈钢不产生点蚀,显示出全面腐蚀特征,FV520B不锈钢产生点蚀,相比于惰性气体环境耐点蚀性能下降,但钝化膜的修复能力有所增强。
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