在硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂（HIC/SOHIC-H₂S）

1　概述

    氢致开裂可以定义为金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡的相互连接而逐步形成的内部开裂。形成HIC不需要有外部作用压力。开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压。在这些高压区之间不同的平面上的鼓泡相互连接，从而导致刚才内部裂纹的产生和发展。

    鼓泡内压力的累积与钢材中氢的固溶量有关。钢中氢的来源是钢与湿硫化氢反应产生的。在这个反应中必需有水的存在，氢的固溶量与两个环境参数有关　PH值和水中的H₂S含量。典型地，人们发现钢中氢的固溶量在PH值接近中性的溶液中最低，而在PH值较低和较高的溶液中增加。在较低PH值中的腐蚀原因是因为H₂S，反之在高PH值中腐蚀是因为高浓度的二硫化物离子。在高PH值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中。目前已知氢渗透随H₂S含量（例如H₂S在气相中的分压，或液相中的H₂S含量）的增加而增大。含有50 ppm H₂S这样小浓度的水也发现足以引起HIC。

    氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的孔洞（如：气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂）。鼓泡经常产生在轧制厚钢板中，特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的带状微观结构。由于氢鼓泡而引起的对HIC的敏感性主要与厚钢板的质量有关，也就是钢板中夹杂物不连续的数量、面积、和形状。对此，钢中的硫含量是关键的材料参数。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对HIC的敏感性。加入钙来控制硫化物形式一般来说是有利的。

    SOHIC可定义为大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方向上的联合。SOHIC是HIC的一个特别形式，经常出现在母材的焊缝和热影响区附近，因为在压力作用（来自内部的压力）和焊后残余应力的联合作用下，在此处产生了最大的应力。由于HIC厚钢板的质量是对SOHIC敏感性的关键参数。另外，通过PWHT可以减轻SOHIC的产生和强度，但不能消除它。应力作用的水平也影响着SOHIC的发生和强度。HIC/SOHIC板材制品中出现得较为突出，但曾经有少数报道在管材中也有类似现象，通常在那些输送氢的较为苛刻的环境中。

2　基础数据

    表1中列出的是预测碳钢设备和管线对HIC/SOHIC敏感性所需的数据。如果无法得知准确的工艺参数，则需请知识渊博的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢板中的硫含量不知道，则需请知识渊博的材料工程师来估计钢的质量。

表1　分析HIC/SOHIC-H₂S所需的基础数据

3 确定环境苛刻度

    如果没有水存在，则认为设备和管线对SCC/SOHIC没有敏感性。如果有水存在，则用从表2中得出的有关水中的H₂S含量和它的PH值的基础数据再从表3中估计环境苛刻度（潜在的氢溶解量）。

*如果有氰化物存在，在PH＞8.3和H₂S浓度大于1000 ppm时SCC的敏感性将增大。

4　确定设备HIC/SOHIC的敏感性

    对于用钢板焊接或卷制而成的设备和大直径管线，用从表2中确定的环境苛刻度和表1中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基础数据，从表3中确定HIC/SOHIC的敏感性。小直径的设备和管线通常被认为HIC/SOHIC敏感性较低，除非在它没有进行过焊后热处理并暴露在高苛刻度环境的情况外。此情况下应认为它具有中等敏感性。图H-1是确定对HIC/SOHIC敏感性的步骤流程图。

表 2　环境苛刻程度

    如果有氰化物存在且当PH值＞8.3和H₂S浓度高于1000ppm时将对SCC的敏感性增加一个等级。

表 3　HIC/SOHIC的敏感性

a．典型地包括20世纪80年代的早期添加了钙的A516（HIC）钢。

b．典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多数A516。

C．典型地包括20世纪90年代的后期A516（HIC）钢。

图H-1　确定HIC/SOHIC的敏感性