不銹鋼材料在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕開裂時(shí)有發(fā)生,17-4PH是一種典型的馬氏體沉淀硬化型不銹鋼,其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高、硬度高,耐蝕性能優(yōu)于普通馬氏體不銹鋼,并可通過改變熱處理工藝調(diào)整強(qiáng)度級別。馬氏體相變和時(shí)效處理形成沉淀硬化相是其主要強(qiáng)化手段,由于其衰減性能好,抗腐蝕疲勞及疏水性強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于海上平臺、渦輪機(jī)葉片、閥門、機(jī)械零部件等。
在酸性硫化氫水溶液中,17-4PH不銹鋼易發(fā)生氫脆,且對時(shí)效溫度十分敏感。17-4PH不銹鋼在317℃時(shí)效易氫脆破斷,而在510℃以上溫度時(shí)效則不易破斷,為了改善沉淀硬化不銹鋼抗氫脆性能,采用較高溫度進(jìn)行時(shí)效或過時(shí)效處理,是行之有效的措施。用慢應(yīng)變速率法研究了17-4PH不銹鋼在80℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%NaCl水溶液中應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)行為,探討了外加電位、預(yù)充氫和晶粒大小的影響,結(jié)果表明晶粒大小對17-4PH不銹鋼應(yīng)力腐蝕破裂的影響不大,外加電位會影響其應(yīng)力腐蝕破裂破壞機(jī)理。
影響氫致開裂及應(yīng)力腐蝕的因素包括內(nèi)因和外因,在外因(如腐蝕環(huán)境及介質(zhì))確定的情況下,氫致開裂及SCC性能取決于材料的結(jié)構(gòu)和性能本身,主要包括成分、機(jī)械性能、熱處理方式、微觀組織結(jié)構(gòu)等。17-4PH鋼屬于高強(qiáng)度馬氏體沉淀硬化低合金不銹鋼,其中馬氏體相在酸性硫化氫水溶液中極易發(fā)生氫脆,引起HIC和SCC,同時(shí)強(qiáng)度是影響高強(qiáng)度。
不銹鋼氫致開裂和應(yīng)力腐蝕破裂的主要內(nèi)在因素,高強(qiáng)度鋼通過生成馬氏體及各種沉淀析出的金屬間化合物來提高鋼的強(qiáng)度,因此氫致開裂和SCC敏感性大大提高。對抗拉強(qiáng)度低于1000Mpa的中低強(qiáng)度鋼,氫脆敏感性與強(qiáng)度無關(guān),但對于抗拉強(qiáng)度大于1000Mpa的高強(qiáng)度鋼,氫脆敏感性隨抗拉強(qiáng)度的升高而急劇升高。因此提高17-4PH鋼抗SCC及氫致開裂性能的有效途徑之一是制定合理的熱處理工藝參數(shù),改變其強(qiáng)度級別及微觀組織結(jié)構(gòu)。
17-4PH不銹鋼HIC+SSC雙抗性能評估:
1. 17-4PH不銹鋼在酸性濕硫化氫環(huán)境中有較高的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性,不適合用作抗硫化氫應(yīng)力腐蝕材料。應(yīng)力腐蝕斷口具有明顯的脆性斷裂特征,應(yīng)力腐蝕破裂開裂是由氫致開裂引起,裂紋擴(kuò)展多為穿晶型。
2. 17-4PH不銹鋼表現(xiàn)出一定的氫脆敏感性,因此在用于濕硫化氫環(huán)境中應(yīng)特別謹(jǐn)慎。當(dāng)確保使用過程中不存在應(yīng)力腐蝕作用而只有氫致開裂可能時(shí)可以使用,否則不推薦使用該材料。
3. 采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕档筒牧系膹?qiáng)度和硬度,可降低17-4PH不銹鋼的氫致開裂及應(yīng)力腐蝕破裂敏感性。