Трещины в сварных соединениях зарождаются в основном в зоне термического влияния с крупнозернистой структурой, имеющей максимальную твердость и прилегающей к основному металлу [65, 67]. В отдельных случаях трещины образуются в сварном шве и основном металле.
Проведение термической обработки и ускоренное охлаждение после сварки повышает стойкость сварных соединений к СКРН [67, 68]. Термическая обработка уменьшает остаточные сварочные напряжения и снижает твердость сварных соединений.
В работах [68, 69], посвященных исследованию влияния сварочных операций на СКРН конструкционных марганцовистых и трубных сталей, получены результаты, свидетельствующие о том, что в зависимости от прочности сварных соединений термическая обработка, снижающая твердость и остаточные напряжения в металле, повышает стойкость сварных соединений, имеющих после сварки твердость >22 HRc, и не оказывает положительного влияния на стойкость сварных соединений, имеющих твердость после сварки <22 HRc.
Внутренние напряжения, в том числе остаточные сварочные, играют второстепенную роль в процессе СКРН низкопрочных сталей с пределом текучести от 250 до 440 МПа [69].
Опыт эксплуатации оборудования, контактирующего с влажными сероводородными средами, показал, что ограничение твердости значением 22 HRc основного металла и сварных соединений углеродистых и низколегированных сталей является эффективной мерой, предотвращающей сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением. Известные случаи растрескивания нефтегазового оборудования имели место в основном при твердости металла более 22 HRc.
Эти данные нашли отражение в рекомендациях по выбору материалов, стойких к СКРН, американской организации Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) [70], согласно которым для изготовления оборудования в средах, вызывающих сероводородное коррозионное растрескивание, допускается применение сталей с величиной твердости не более 22 HRc (для некоторых марок сталей не более 26 HRc).
Критическое значение твердости стали в значительной мере определяется условиями эксплуатации — концентрацией сероводорода, напряжениями в металле и др. (см. рис. 4.13). Нагартованные низколегированные стали более склонны к СКРН, чем ненагартованные того же состава и твердости.
Существенное влияние на склонность стали к СКРН оказывает ее структура. Аустенитные стали, имеющие гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК), не подвергаются растрескиванию, абсорбируя приблизительно в 10 раз больше водорода, чем стали с мартенситной структурой, имеющей объемно центрированную кристаллическую решетку. Увеличение доли феррита в аустенитной структуре снижает ее стойкость.
Сравнение углеродистой стали различной структуры показало, что склонность к растрескиванию возрастает с увеличением твердости металла [71]. Была получена сталь контролируемой прокаткой со структурой феррита и перлита (твердость НВ < 250), а также со структурой бейнита (твердость НВ 300—500); обычной прокаткой — со структурой бейнита и феррита (НВ < 250), а также со структурой феррита и мартенсита (НВ< 300).
Результаты испытаний на СКРН низколегированных сталей (хромомолибденотитановых и хромомолибденониобиевых) одинаковой прочности (твердость 21—22 HRc), но с разной микроструктурой свидетельствуют о том, что мартенсит более стоек, а верхний бейнит — наиболее склонен к растрескиванию. Сопротивление этому виду разрушения стали со структурой мартенсита и бейнита несколько уступает стали с мартенситной структурой, но превосходит по этому показателю сталь с мартенситно-ферритной структурой [72]. В этих исследованиях образцы со структурой мартенсита (100%) получали закалкой в воде от 930°С ; мартенсита (70 %)+ бейнита (30 %) — охлаждением от 930 до 525 °С с последующей закалкой в воде; верхнего бейнита (100 %) —охлаждением от 930 °С на воздухе; мартенсита (70 %) + феррита (30 %) —охлаждением от 930 до 770 °С с последующей закалкой в воде. Все стали подвергали отпуску. Как показали исследования, стали с однородной мартенситной и мартенситной с некоторой долей бейнита структурами имеют хорошую стойкость к СКРН. Однако присутствие в структуре участков мартенсита или бейнита, имеющих повышенную твердость по сравнению с основной структурой, отрицательно влияет на СКРН стали (склонность к растрескиванию возрастает).