Вопросы разрушения сталей под воздействием сред, содержащих сероводород, особенно актуальны для нефтеперерабатывающей промышленности, так как практически во всех средах оборудования нефтеперерабатывающих заводов содержится сероводород.

СКР нержавеющих сталей и сплавов наблюдается только в присутствии влажного сероводорода. Особенно чувствительны к СКР нержавеющие стали в присутствии ионов хлора при pH < 4. При прочих равных условиях склонность к СКР возрастает при увеличении прочности стали и уменьшении пластичности.

Трудно говорить о влиянии легирующих элементов на стойкость нержавеющих сталей к СКР, поскольку влияние каждого легирующего элемента необходимо рассматривать вместе с режимом термообработки, состоянием поверхности, фазовым составом.

Положительное влияние добавок никеля и молибдена может полностью исчезнуть при высокой степени деформации материала. Показатель твердости по Роквеллу является одним из наиболее доступных и широко применяемых факторов отбраковки стали при работе в сероводородных средах.

По американскому стандарту NACE МР-01—75 (пересмотрен в 1980 г.) «Требования к материалам для работы в средах, вызывающих СКР» ферритные и аустенитные нержавеющие стали могут применяться в средах, вызывающих СКР, при твердости по Роквеллу HRc < 22, а высоколегированные хромоникелевые сплавы при максимальной твердости HRc 35.

Механизм СКР нержавеющих сталей может меняться в зависимости от состава среды, температуры и других факторов.

Так, при испытании двухфазной аустенитно-ферритной стали (химический состав: С 0,01, Сr 22,5, Ni 5,5, Мп 1,66, Si 0,44, Мо 3,25, S 0,013, Р 0,03%) в 5%-м растворе NaCI, насыщенном сероводородом и подкисленном уксусной кислотой до pH 3, установлено, что при комнатной температуре КР является следствием водородного охрупчивания ферритной фазы, а при 177 °С обусловлено механизмом локального анодного растворения [117].

В работе [118] описано разрушение сетчатого отбойника сепаратора из стали 304 на установках гидроочистки под воздействием сероводорода при температуре эксплуатации в интервале 20—100 С. Растрескивание имело транскристаллитный характер и, видимо, явилось результатом совместного действия H2S, ионов хлора и цианидов. Сталь 316 в этих условиях оказалась достаточно стойкой.

В работе [119] изучалась склонность к СКР различных нержавеющих сталей. Результаты испытаний образцов, нагруженных до предела текучести с помощью трехточечного изгиба, в водопроводной воде, насыщенной H2S, и в 1 %-м растворе NaCI, насыщенном H2S и подкисленном соляной кислотой до pH 3, приведены в табл. 4.11. Наиболее стойкой оказалась аустенитная сталь 12Х18Н10Т. Однако большинство авторов считают, что двухфазные стали более стойки к СКР, чем аустенитные. Видимо, метод и условия испытаний, так же как состояние поверхности, объем раствора, метод нагружения образца, наличие кислорода оказывают влияние на результаты.

Таблица 4.11. Стойкость нержавеющих сталей к сероводородному коррозионному растрескиванию

* Трещин не обнаружено.

Таблица 4.12. Стойкость нержавеющих сталей и сплавов к сероводородному коррозионному растрескиванию в зависимости от аэрации среды

* МКК — межкристаллитное растескивание; ТК— транскристаллитное; Отс. — отсутствие трещин.

В работе [120] даны результаты испытаний U-образных напряженных образцов сталей и сплавов на стойкость к СКР в аэрированной и деаэрированной воде, содержащей 3000 мг/кг H2S и 500 мг/кг Сl-, при комнатной температуре и pH 4,5— 5,0 (табл. 4.12).

Из табл. 4.12 видно, что стойкость к СКР при комнатной температуре у двухфазной стали ферралий при pH 4,5-5,0 находится на уровне стойкости никелевых сплавов и превосходит стойкость аустенитных сталей.

Изучалась стойкость к СКР [105] двухфазной стали AF-22 в водных растворах, содержащих H2S и ионы хлора. Установлено, что в растворах, содержащих только H2S, материал устойчив к СКР при комнатной температуре, при добавлении в этот раствор ионов хлора сталь подвергается транскристаллит- ному КР по механизму хлоридного КР, при снижении приложенного напряжения ниже 0,6 от σ0,2 время до разрушения резко возрастает. Аналогичный эффект наблюдается при повышении pH раствора до 8.

Особенно подвержены СКР аустенитные стали в нагарто- ванном состоянии или термообработанные до высокопрочного состояния. Пружины из стали 304 при 45°С в водном растворе, содержащем 318 мг/л H2S, 173 мг/л Сl-, 150 мг/л СО2, 50—100 мкг/л O2, pH 6,3, подверглись КР в течение 7 сут [121]. Разрушение имело преимущественно транскристаллитный характер с отдельными вторичными межкристаллитными трещинами. Проволока из стали 316 в этих условиях разрушилась через 30 сут эксплуатации, приемлемый срок службы был только у пружины из сплава хастеллой С-276.