16MnR钢在碳酸盐和硫化氢复杂介质环境中的应力腐蚀试验研究

摘要

针对诸如湿硫化氢等单一腐蚀介质环境下的应力腐蚀问题，已经得到了广泛深入的研究，有大量的研究成果见诸报道。但在实际生产中，腐蚀介质种类繁多、影响因素复杂，尤其是在石油化工等行业，其腐蚀介质涉及硫化氢、氯离子、碳酸盐、硝酸盐等，常出现多种介质共存的情况。基于石油化工生产装置可能出现的H2S-CO2-H2O、CO-CO2-CO32--H2O、H2S-CO32--H2O等腐蚀类型，本文针对H2S-CO32--H2O引起的应力腐蚀开裂问题，参照制氢装置脱碳系统的实际工作环境，通过慢应变速率试验和楔形张开加载预裂纹试验方法，在实验室研究了温度、碳酸盐和硫化氢浓度对16MnR钢应力腐蚀开裂的影响。通过试验，掌握了16MnR钢母材与热影响区在上述溶液中发生应力腐蚀开裂的敏感程度及应力腐蚀裂纹扩展速率，为防腐和在役设备安全评估提供了依据，对指导安全生产具有重要的意义。 本文的主要工作和研究结果如下： （1）本文采用的Na2CO3+H2S的复杂介质环境中，16MnR钢母材与热影响区材料的应力腐蚀敏感性不明显，其断口形貌以韧窝为主。 （2）350 ppm H2S+5％ Na2CO3复杂介质环境中，16MnR钢母材与热影响区材料在57.5℃时的应力腐蚀敏感性略高于常温时的应力腐蚀敏感性。 （3）常温下，16MnR钢在200 ppm H2S溶液中的应力腐蚀敏感性高于其在200 ppm H2S+25％ Na2CO3溶液中的应力腐蚀敏感性。 （4）在本文的研究条件下，热影响区与母材材料的应力腐蚀敏感性比较接近。 （5）参照均匀设计法，在不同温度（25℃、57.5℃和90℃）、不同浓度H2S（50 ppm、200ppm和350 ppm）和不同浓度Na2CO3（5％、15％和25％）的复杂介质环境中，对16MnR钢母材与热影响区材料进行楔形张开加载预裂纹（WOL）试验，16MnR钢在上述溶液中的应力腐蚀裂纹扩展速率为0.33×10-8 mm/s～4.31×10-8 mm/s。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1应力腐蚀简述

1.1.1应力腐蚀特征

1.1.2应力腐蚀机理

1.1.3应力腐蚀研究目的与方法

1.2研究背景

1.2.1应力腐蚀的危害

1.2.2本文背景

1.3 国内外研究现状

1.3.1关于H2S应力腐蚀的研究

1.3.2关于碳酸盐应力腐蚀的研究

1.3.3关于16MnR钢应力腐蚀的研究

1.4研究目的与内容

1.4.1研究目的与意义

1.4.2本文研究思路与内容

1.4.3本文结构

第2章试验材料与溶液环境

2.1试验材料

2.2试验溶液环境

2.2.1慢应变速率试验环境

2.2.2 WOL试验环境

2.2.3试验溶液的配制

2.3本章小结

第3章慢应变速率试验研究

3.1前言

3.1.1慢应变速率试验法原理

3.1.2慢应变速率试验法的特点

3.1.3应变速率

3.1.4应力腐蚀敏感性的表征

3.2复杂介质环境下16MnR钢的慢应变速率试验研究

3.2.1试样制备

3.2.2试验溶液配制

3.2.3试验装置及试验参数的确定

3.2.4试验步骤及过程

3.2.5试验结果与分析

3.3本章小结

第4章楔形张开加载预裂纹试样应力腐蚀试验

4.1 前言

4.1.1采用预裂纹试样的重要性

4.1.2楔形张开加载预裂纹试验原理

4.2楔形张开加载预裂纹试样应力腐蚀试验研究

4.2.1试样制备

4.2.2试样加载

4.2.3溶液配制

4.2.4试验步骤及过程

4.2.5试验结果与分析

4.3本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果