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1、644化工机械2009年高温高压条件下不锈钢的氢损伤3张忠政巩建鸣(南京工业大学)摘要综述了高温高压条件下氢致不锈钢损伤的研究进展情况,重点介绍了不锈钢力学性能和微观结构的变化,并就压力和温度对氢损伤敏感性影响作了简单的讨论。关键词不锈钢氢损伤敏感性高温高压微观结构变化力学性能+中图分类号TQ050191文献标识码A文章编号025426094(2009)0620644205不锈钢是石油、化工、航天及核工业中重要的氢脆现象,对于氢脆机理目前还存在着争议。结构材料,常常被应用到高温高压临氢环境中。氢腐蚀是高温高压条件下不锈钢氢损伤另一在高温高压临氢的恶劣工况下,
2、不锈钢的抗氢损种类型。早期Ingis、Sarjant和Dodge等研究者都伤性能对于工业安全生产来说是至关重要的。自认为奥氏体不锈钢不发生氢腐蚀,但1984年以上世纪70年代以来,世界各国研究机构都投入了来,Ycaman、李晓钢和KimuraA等人先后都在理大量人力物力对不锈钢氢损伤问题开展研究,并论和试验中证实了奥氏体不锈钢321、304及改进取得了一定的研究成果。不锈钢氢损伤按其温度的316等在高温高压临氢条件下会发生氢腐蚀。划分可分为高温氢损伤、室温氢损伤和低温氢损氢蚀机理一般认为高温高压的条件下,氢与钢中伤。本文主要概述了高温高压临氢条件下,不锈碳反
3、应生成甲烷,甲烷聚集在晶界以及附近的空钢的氢损伤类型、机理、力学性能和微观结构变化隙、夹杂物等不连续处,形成甲烷空隙,随着压力及温度和压力的影响等研究进展情况,为石油化不断升高,形成小裂纹乃至鼓泡,导致钢材的延性工工业中处于高温高压临氢工况下不锈钢装置安和韧性降低,随后变成较大的裂纹和缝隙。按甲全可靠的运行提供一些参考。烷气泡的成长过程可分为孕育期、迅速腐蚀期与1高温高压条件下不锈钢氢损伤类型与机理饱和期3个阶段。钢材发生氢腐蚀后,其力学性氢脆是高温高压条件下不锈钢氢损伤的一种能不能恢复,因此氢腐蚀又称为不可逆氢损伤。形式。通常在氢压0.01～100MPa,
4、温度-100～2高温高压氢损伤对不锈钢力学性能的影响700℃范围内慢速应变时发生,有可能从表面开2.1高温高压临氢情况下不锈钢高温力学性能始,也有可能从内部发生,无孕育期。当氢在金属变化中扩散出去后,金属的力学性能可恢复,因此氢脆文献[1]报道了高温高压氢中347不锈钢蠕又称可逆氢损伤。关于金属氢脆机理,目前存在变断裂性能在温度为915K时并不受氢的影响,很多理论,当前广为接受的主要有氢压累积理论、但却可以观察到18Cr28Ni不锈钢在氢压力为氢减少裂纹扩展表面能理论、氢减少晶格粘度强24MPa,温度为810K,经过14000h,断面收缩率度理论、脆性氢化物
5、的形成和断裂、氢诱使的位错损减约为60%左右,反映了不锈钢在氢中长时间堆跺能减少理论以及氢致局部塑性变形理论等。作用所产生的效果。1953年Dodge等人发表了尽管氢脆机理对于某些氢脆现象给出了很好的解美国耶鲁大学将26种合金置于高温高压氢介质释,但是仍没有某个氢脆理论能完整地解释所有中的研究成果,发现在450～500°C实验条件下奥3张忠政,男,1977年1月生,在职博士研究生,工程师。江苏省南京市,210009。第36卷第6期化工机械645氏体不锈钢性能变化不明显,但镍基合金Inconel献[4]报道了双相不锈钢在265°C充氢微裂纹临(R)及Incon
6、elx(H)等发生了严重的脆化,并证实界开裂速度一般随氢量和温度增加而增加。由氢脆引起。Hasegawa等人研究了高温高压下2.2高温高压充氢后室温力学性能变化充氢不锈钢脆化情况,发现当M23C6碳化物沉淀白彬等研究了高温高压00Cr17Ni14Mo2和连续地呈树枝状分布在晶界时,304不锈钢变得316不锈钢充氢后室温力学性能变化情况。对[2]很脆。HeJ等人研究了高温高压临氢条件下氢00Cr17Ni14Mo2不锈钢650℃充氢后室温拉伸,断对不锈钢在蠕变性能影响情况,发现高温高压条面收缩率从固溶处理的82.1%下降到64.0%,比件下氢使固溶304不锈钢蠕
7、变破断应力减少,蠕650℃时效后降低9%;对于316L不锈钢650℃充变韧性增加,而304L不锈钢蠕变强度和韧性性能氘的室温拉伸,断面收缩率从固溶处理的82.1%几乎没有受到影响,其变化情况如图1所示。降到64.0%,比650℃时效降低6.4%。对于这Harris等人对奥氏体不锈钢347在677℃,两种钢的电子束焊缝,高温高压氢致室温塑性损34.5MPa的氢和氦介质中进行了高温拉伸、缺口失更加严重。文献[5]中报道了将不锈钢304暴拉伸、低频疲劳、高频疲劳和蠕变断裂试验,研究露在538℃、24.1MPa的氢中前后室温延伸率的发现氢致蠕变寿命与力学性能的损减小
8、于10%。变化:暴露时间4000h,延伸率由原来的6
