深海油气设施用22Cr双相不锈钢的氢致应力开裂敏感性

安维峥,姚星城,胡丽华,王 竹,王 晶,张 雷

(1. 中海油研究总院,北京 100028; 2. 北京科技大学 新材料技术研究院,北京 100083)

随着深水油气田的深入开发，水下油气生产设备的选材至关重要。双相不锈钢由于优良的力学性能和耐蚀性成为水下设施的优选材料。双相不锈钢在海水中的腐蚀行为研究主要有点蚀、应力腐蚀开裂等，学者们从组织特征、环境因素等多种角度进行了探究[1-4]。双相不锈钢具有较好的耐海水腐蚀能力，然而在深水服役环境中，相关标准仍然要求油气设施采用阴极保护以控制双相不锈钢出现点蚀。在深水设施施加阴极保护的过程中，由于双相不锈钢管材与水下设施外部结构框架用碳钢材料采取联合阴极保护，其阴保电位往往达到-1 050 mV(相对于饱和甘汞电极,SCE,下同)以下。电位过负容易产生强烈的析氢反应，氢原子进入材料内部会诱发氢脆。特别是在深水油气生产过程，双相不锈钢管汇连接器曾出现多起氢致应力开裂案例。1996-2006年，在北海等地先后出现多起双相不锈钢水下管汇连接器的开裂案例，原因是双相不锈钢在过负的阴保电位(-1 050 mV)下发生氢致应力开裂[5-7]。

近年来，国内外学者针对双相不锈钢微观组织结构与氢脆敏感性的关系开展了较多研究。奥氏体和铁素体相比例、晶粒度均会影响22Cr双相不锈钢的氢扩散和氢富集行为[8-11]，氢容易在奥氏体和铁素体相界面积累[12-13]，甚至可能形成氢鼓泡[14]；应力能够加速氢的扩散和富集[15]，变形过程中双相不锈钢的氢致马氏体转变也会影响材料的氢致开裂敏感性[16-18]。……