(1)加入合金元素,提高鋼基體的電極電位,從而提高鋼的抗電化學腐蝕能力。—般加入Cr、Ni、Si等元素均能提高其電極電位。
 

　　在H₂S分壓和溫度變化的環境下,在常溫下裂紋敏感性最強,這是由氫脆而引起的。在地層水(含有Cl^-)和冷凝水(不含Cl^-)的條件下,Mo含量增加時,SSC敏感性降低,特別是Mo含量為1.5%時,其耐SSC效果最佳。Mo可以使E-pH圖上低E低 pH條件下活化區大大縮小,提高合金抗點蝕和縫隙腐蝕能力。—般Cr含量越高Mo的有利作用就越大。但是Mo添加過多,則會生成鐵素體,而使耐SSC特性急劇降低。
 

　　(2)加入合金元素使鋼的表面形成—層穩定的、完整的與鋼的基體結合牢固的純化膜。從而提高鋼的耐化學腐蝕能力。如在鋼中加入Cr,Si,Al等合金元素,使鋼的表層形成致密的Cr₂O₃,Si0₂,A1₂0₃等氧化膜,就可提高鋼的耐蝕性。如果把鋼中的C含量降低,其腐蝕速度會變慢。這是由于C含量的降低使碳化物減少,以化合物形式存在的Cr含量也有減少,有助于耐腐蝕性能的固溶Cr含量則增加。而且,由于碳化物的陰極作用要加速腐蝕,所以碳化物的減少將使腐蝕速度得到控制。復合添加Cu,Ni元素的鋼材其腐蝕皮膜是結構不均勻的非結晶體,因此具有良好的耐腐蝕性能。采用FE-TEM把電子束縮小到1nm進行EDX分析,發現在腐蝕皮膜下面有Cu的富集層存在。因此也可以認為,Cu促進腐蝕生成物成為非結晶體,或者是在不存在氧的環境下金屬Cu處于穩定狀態,所以能提高鋼的耐腐蝕性能。
 

　　(3)加入合金元素使鋼在常溫時能以單相狀態存在,減少微電池數目從而提高鋼的耐蝕性。如加入足夠數量的Cr或Cr-Ni,使鋼在室溫下獲得單相鐵素體或單相奧氏體。加入Mn、N等元素,代替部分Ni獲得單相奧氏體組織,同時能大大提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。Cu的添加會改變不銹鋼中的相組成。在Cr+1.6%Mo為14%時,添加Cu可以形成馬氏體組織;Cr+1.6%Mo為20%時,未添加Cu的鋼則會生成鐵素體組織。
 

　　(4)稀土和其他微量元素的添加對合金抗蝕性能產生影響,如不銹鋼通過微合金化可進一步改進其性能,加入微量N能顯著提高不銹鋼的屈服強度和抗點蝕能力。添加微量稀土可起凈化和細化晶粒作用,從而改善合金的韌性。
 

H₂S環境下腐蝕機制及評價方法
 

　　耐蝕合金的種類很多,在油管中應用的耐蝕合金針對不同的環境所選擇的材料也千差萬別。因此在不同環境下引起耐蝕合金產生環境斷裂的機制也有所不同,針對不同的機制需要選擇合適的評價方法。
 

　　腐蝕斷裂機制
 

　　如前所述耐蝕合金在H₂S環境下會出現環境斷裂,不同條件下引起斷裂的機理不同,主要有以下三類:室溫范圍內出現的SSC(硫化物應力開裂)、高溫范圍內出現的SCC(應力腐蝕開裂)以及與碳鋼耦合引起的GHSC(電偶氫應力開裂)。
 

　　油管的不同類別的耐蝕合金因腐蝕引起潛在的開裂機理見表1。

表1不同耐蝕合金環境開裂機理

　　從表中可以看出,除馬氏體不銹鋼的主要開裂機理為SSC和GHSC外,其余用于油管的耐蝕合金系列主要開裂機理為SCC。
 

　　評價方法
 

　　(1)試驗環境的選擇。對耐蝕合金油管進行實驗室H₂S環境下腐蝕開裂性能評價時,首先要考慮試驗環境。因此在試驗中需要控制和記錄的環境變量包括以下幾點:
 

　　H₂S分壓、C0₂分壓、溫度、實驗溶液的pH、酸化方法和pH控制、試驗溶液的組成或分析、添加與否的元素硫以及不同金屬之間的電耦合(應記錄面積比和耦合合金類型)。
 

　　在耐蝕合金油管的腐蝕評價過程中有一個基本的原則就是試驗環境應至少與預期使用的環境—樣苛刻。因此H₂S分壓、氯化物濃度和元素硫濃度應不小于應用環境中的強度,且試驗過程中pH值始終不大于使用環境的pH。對于特定應用環境的情況,可能需要在不止一種的環境下進行試驗。
 

　　對于預期的應用環境不明確,特別是對供應商來說可能具有不確定的用戶時,可以根據ISO1516給出的根據溫度、C0₂分壓、H₂S分壓和氯化物濃度相組合而定義的不同等級的試驗環境以及借助于同類耐蝕合金提供的抗開裂環境限制的信息來選擇試驗環境。
 

　　(2)實驗室評價方法。NACE TM0177中給出了H2S環境中對耐蝕合金材料的SSC和SCC實驗室評定方法。評價方法主要是基于對光滑試樣施加恒定載荷、持續載荷或者恒應變,具體試驗方法包括單軸拉伸試驗、四點彎曲試驗和C環試驗等。

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