腐蝕產物定量分析方法

1. 腐蝕的過程可以用什麼公式計算公式

見網路文庫的：土壤評價方法比較
金屬材料的腐蝕速度常用金屬腐蝕速度的重要指標、深度指標和電流指標表示.
金屬腐蝕速度表示法是在要評價的土壤中埋設金屬材料試樣,經過一定時間後,測試出試樣的重量變化或深度變化或電流變化,以此來評價土壤腐蝕性.
重量指標就是把金屬因腐蝕而發生的重量變化,換算成相當於單位金屬面積與單位時間內的重量變化的數值.它又分為失重法和增重法兩種.用公式表示為：

式中v-—失重時的腐蝕速度,克/米2.小時；
v+—增重時的腐蝕速度,克/米2.小時；
Wo-—金屬的初始重量,克；
W1—消除了腐蝕產物後金屬的重量,克；
W2—帶有腐蝕產物的金屬的重量,克；
S—金屬的面積,米2；
T—腐蝕進行的時間,小時.
金屬腐蝕速度的深度指標是把金屬的厚度因腐蝕而減少的量,以線量單位表示,並換算成相當於單位時間的數值.用公式表示為：

式中vL—腐蝕的深度指標,毫米/年；
p—金屬的密度,克/厘米3.
金屬腐蝕速度的電流指標是以金屬電化學腐蝕過程的陽極電流密度的大小來衡量金屬的電化學腐蝕速度的程度.可由法拉第（Faraday）定律把電流指標和重量指標聯系起來.可用公式表示為：

式中ia—腐蝕的電流指標,即陽極電流密度,安培/厘米2；
A——原子量；
N——化合價；

2. 氣相色譜定量分析方法有哪些

氣相色譜定量檢測一般就兩種，一個是外標法，一個是內標法，對於沒有標准物質的，就只能靠面積歸一法粗略定量。
外標和內標網路上有很多介紹，這里跟你講一下對於沒有標准物質的中間體該怎麼通過氣相色譜定量。
1.首先，要通過重結晶、過柱子、吸附等等方法先獲得盡可能純的產物；
2.然後烘乾至恆重，注意要把結晶水也烘掉；
3.烘乾以後，根據產物合成、純化過程投加的各種物料，用氣相色譜測殘留溶劑，盡可能測全、測准；
4.測煅燒殘渣:800℃在馬弗爐里燒半個小時以上，測一下煅燒殘渣，這些可能是夾雜在產物中的無機鹽；
5.測水分，用溶劑把產物溶解掉，用微量水分測定方法測定產物中的水分，注意要扣除溶劑的空白值；
6.氣相色譜檢測產物:先通過調節分流比、汽化溫度、柱溫等，確認產物峰上沒有毛刺或者坎肩峰；調檢測條件，選一個峰形最好的條件，面積歸一法定量；
7.計算:先扣除前面檢測出來的殘留溶劑、煅燒殘渣和水分的含量，再乘以面積歸一法的面積百分含量。
這樣相對來說是比較準的定量方法了，面積百分含量越高的且其他殘留越低的，定量越准。

3. 在腐蝕工程上，用來測量腐蝕速率的方法有哪些

用來測量腐蝕速率的方法有如下幾種：重量法、容量法、極化曲線法。

重量法實驗原理：

重量法是一種最常見測試方法之一，適用於實驗室和現場掛片，可用於檢測材料的耐蝕性能、評選緩蝕劑，改變工藝條件時檢測防腐效果等。當金屬表面上的腐蝕產物容易除凈且不損壞金屬本體時，用失重法；而腐蝕產物牢固附著金屬本體時，採用增重法。金屬受到均勻腐蝕時的腐蝕速度表示方法有兩種：

一種是用在單位時間、單位面積金屬失重或增重的質量表示。

d---按深度腐蝕計算的腐蝕速度，mm/a

ν---金屬腐蝕速度，g/(m2·h)

ρ---金屬材料的密度，g/cm3

步驟

（1）配溶液：用試劑和蒸餾水配製實驗溶液，每種溶液800mL，分別盛在1L燒杯內【根據試樣大小到時確認需要溶液量】。

注意：將硫酸稀釋到水中，謹慎操作，注意安全。

（2）磨試樣：試樣表面狀態要求均一、光潔，需要進行表面處理。製作試樣時已經過機加工，試驗前還需要用砂布打磨，以達到要求的光潔度。表面上應無刻痕與麻點。平行試樣的表面狀態要盡量一致。打磨時注意避免過熱。

（3）量尺寸：用游標卡尺測量試樣的長、寬、厚【25mm×50mm×2mm)】，計算腐蝕面積。測量時必須量幾個部位，取其平均值，並將數據記錄在表中。

（4）清洗去油：將試樣表面殘屑除盡，用浸丙酮的棉花球擦拭，除去表面油污，再用蒸餾水沖洗，濾紙吸干。用干凈紙包好，然後用電吹風乾燥（注意用冷風！）。清洗後的試樣不能再用手拿取，需放在干凈的濾紙上，試驗時用鑷子【玻棒代替】夾取。

（5）稱初重：乾燥後的試樣用分析天平稱取初重W0，准確到0.1mg，測量數據記錄在表中。

（6）浸入試驗溶液：試樣稱重後立即穿上塑料線，浸入試驗溶液內（記下浸入時間）。每種試驗溶液內掛3塊平行試樣。注意試樣不能彼此接觸，也不能與容器接觸。試樣浸入深度應大致相同。其上端距液面應大於2cm。觀察並記錄試樣浸入溶液後發生的現象。

（7）試驗時間：由於碳鋼在不同濃度的硫酸溶液中的腐蝕速度相差很大，不同體系的試驗時間應根據具體情況確定（如30min）。

（8）清除腐蝕產物：取出試樣前應仔細觀察試樣表面和溶液中的變化。取出試樣（記下時間）後觀察試樣表面腐蝕產物的形態和分布。將試樣放在自來水流下沖洗，用毛刷刷去疏鬆的腐蝕產物，再次觀察試樣表面狀態。

清除腐蝕產物所用的化學清洗方法：將試樣放入18%HCl（濃鹽酸37%）+1-2%六次甲醛四胺（烏洛托品）溶液10min (根據實驗情況確認，如30-40s)。除膜操作應進行2次，以達到恆重（兩次稱重差別小於0.5mg）。

(9)稱腐蝕後重:除膜後用蒸餾水沖洗，除去已變疏鬆的腐蝕產物，然後擦拭、乾燥，用分析天平稱重。恆重後的重量作為腐蝕後重W1，並記錄在表中。

另一種是用單位時間內金屬腐蝕的深度來表示。

4. 對一個未知物進行定性分析的依據是什麼常用的方法有哪些

未知物定性分析方法：
多種試驗技術可以用來幫助失效分析師確定失效原因。失效分析師根據專業知識，聯合運用各種實驗技術分析斷裂源處的失效起因、材料異常、操作損害。為避免爭論，通常有必要使用現代試驗工具，尋找支持簡單試驗得出結果的進一步的證據。失效分析師的才能在於選擇正確類型的測試和檢查，開展這些測試和檢查的順序也很重要。
1、視覺檢查
視覺檢查是失效分析的第一步，也是很重要的一步。有經驗的人員憑借肉眼仔細檢查失效零部件的缺陷可以得到大量信息。可能通過研究斷口表面首選大概確定失效類型（塑性、脆性、疲勞等等），也有可能通過研究斷口形貌定位裂紋起源位置。
檢查斷口起源和縱剖面組織會提供引起裂紋萌生的異常或損傷的線索，常用體視顯微鏡和放大鏡協助肉眼尋找細節線索。
2、無損檢測
對失效部件進行無損檢測，並結合未使用的部件的檢測結果，可以提供缺陷類型信息、從部件生產階段上遺留下來的缺陷和服役期間缺陷的產生。滲透檢測、射線檢測、超聲檢測是提供這些信息的有效技術。無損檢測的目的是分析一些跡象，並且區分主要缺陷與二次損傷。若需要，殘余應力測量也會給出有用的信息。
3、斷口分析
掃描電子顯微鏡（SEM），由於具有大的景深和解析度，因此是失效分析的重要工具並且被譽為失效分析師的眼睛。通過SME進行斷口檢查，失效模式、裂紋起源、引起失效的異常等等可以准確定義。在部件自由表面產生的缺陷，由於SEM具有高的景深，裂紋起源處和斷裂特徵可以同時檢查以確定損傷類型和裂紋萌生處的異常。
4、顯微分析
能譜分析設備，作為所有現代SEM可用的附件，可以用來分析失效件的材料成分，以確定可能在起源處出現的雜質、渣坑、腐蝕產物、外來沉積等物質的組成元素。在粗糙表面產生的分析信息應小心使用，根據EDS產生的成分信息的分析特點，如波譜分析（WDS）的互補技術可以用來分析EDS能譜中能級重合的元素，如含鉬合金中的硫。電子探針（EPMA）是定量分析微觀結構特徵的極有用的技術。電子探針產生的感興趣位置的X射線圖像，如渣坑、腐蝕產物、氧化物等等，為定義感興趣特徵區域的源或機理的信息。俄歇電子譜（AES）是一項極好的技術，用於原位定義斷口試樣上的脆性特徵。由磷、錫、砷、銻在原奧氏體晶界偏析引起的回火脆性和由硫在原奧氏體晶界處析出的脆性硫化物，是非常多可以用AES明顯識別的情況中的兩種。
5、化學分析
在材料成分與規定有一定程度偏差是主要失效原因的情況下，有必要精確確定失效組分的組成。有很多基於原子吸收和發射原理的分析方法都可以用於元素含量的估測，在含量為百分之幾十至十億分之幾的范圍內。
X射線熒光譜分析方法（XRF）用於工廠分析而控制熔體成分和原材料分析，因為這種方法容易同時分析一個固體樣品上的大量元素。原子吸收光譜和它的現代變種廣泛用於精確測試，特別是對於痕量元素的分析。氫、氧、氮通過真空和惰性氣體熔融技術，碳和硫通過燃燒方法。
6、微觀組織檢測
失效件的微觀組織提供了有價值的信息。眾所周知微觀組織決定了力學性能以及金屬材料的斷裂行為，這又與成分、熱處理過程相關。通過仔細研究微觀結構，可能找到成分設計、工藝、熱處理的缺點。微觀結構損害在很多情況下不是非常明顯，因此一個失效分析師必須受訓以確定他們。晶界薄膜和孔洞、不合適的第二相分布、脆性相的存在、表面損傷（由氧化、腐蝕、磨損和侵蝕）、非金屬夾雜、縮孔等等，是可以較容易通過金相檢查確定的缺陷中的一些。有時，可能有必要通過一些材料特定的測試，尋找所觀察到不正常微觀組織的支持和確定性的證據。失效分析過程中產生的一些情況，光學顯微鏡的解析度和放大倍數不適合檢查特別細小的微觀組織細節。例如，殘余奧氏體在板條邊界處轉化為碳化物引起時效馬氏體脆性，或鎳基高溫合金渦輪葉片析出的γ′相在高的工作溫度暴露，這些情況的學習有必要使用高解析度技術例如透射電子顯微鏡（TEM）。SEM也可以用於研究細小的微觀組織特徵，當感興趣區域的對比度可以通過背散射電子圖像獲取或者深腐蝕技術。
7、機械測試
盡管機械測試很少被當做失效分析過程中的一個需求，但特定的測試仍是有必要的，它可以用於產生支持案例失效分析的一些數據。硬度測量，操作簡單並且對制樣要求最低，可以提供因微觀結構變化引起的性能變化的信息。感興趣的微觀結構特徵處測量微觀硬度對於失效分析是及其有用的。
8、實驗數據的分析和解釋
失效分析的最關鍵步驟是對使用各種實驗技術產生的數據的解釋。有必要(a)列出產生的所有數據，(b)基於科學原則分析數據，(c)在證據或確認實驗的基礎上消除貌似矛盾的原因，(d)考慮斷裂模式的所有可能原因，(e)最終確認最可能的失效原因。一旦確認了失效原因，特定的補救方法也就比較明顯，最合理的補救方法應被設計者、製造者和用戶採用。

5. 定量分析主要有哪些方法

1、比率分析法。它是財務分析的基本方法，也是定量分析的主要方法。
2、趨勢分析法。它對同一單位相關財務指標連續幾年的數據作縱向對比，觀察其成長性。通過趨勢分析，分析者可以了解該企業在特定方面的發展變化趨勢。
3、結構分析法。它通過對企業財務指標中各分項目在總體項目中的比重或組成的分析，考量各分項目在總體項目中的地位。
4、相互對比法。它通過經濟指標的相互比較來揭示經濟指標之間的數量差異，既可以是本期同上期的縱向比較，也可以是同行業不同企業之間的橫向比較，還可以與標准值進行比較。通過比較找出差距．進而分析形成差距的原因。
5、數學模型法。在現代管理科學中，數學模型被廣泛應用，特別是在經濟預測和管理工作中，由於不能進行實驗驗證，通常都是通過數學模型來分析和預測經濟決策所可能產生的結果的。
以上五種定量分析方法，比率分析法是基礎，趨勢分析、結構分析和對比分析等方法是延伸，數學模型法代表了定量分析的發展方向。

6. 用分光光度法怎麼測定鋰離子電池裡的銅含量

分光光度法是利用溶液中溶質對不同波段光吸收強弱來定性和定量分析的手段。
首先你要搞清楚題目中說的鋰離子電池裡面的銅是什麼形式存在的？是負極材料嗎？是金屬合金還是氧化物或者其他？因為是集電極沒必要用分光光度法
一般來說分光光度需要配置溶液，所以要把銅溶解的

7. 表面分析的分析方法

表面分析方法有數十種，常用的有離子探針、俄歇電子能譜分析和X射線光電子能譜分析,其次還有離子中和譜、離子散射譜、低能電子衍射、電子能量損失譜、紫外線電子能譜等技術，以及場離子顯微鏡分析等。
離子探針分析
離子探針分析，又稱離子探針顯微分析。它是利用電子光學方法將某些惰性氣體或氧的離子加速並聚焦成細小的高能離子束來轟擊試樣表面，使之激發和濺射出二次離子，用質譜儀對具有不同質荷比(質量/電荷)的離子進行分離，以檢測在幾個原子深度、數微米范圍內的微區的全部元素，並可確定同位素。它的檢測靈敏度高於電子探針（見電子探針分析），對超輕元素特別靈敏，可檢測10(克的痕量元素,其相對靈敏度達 10(～10(。分析速度快，可方便地獲得元素的平面分布圖像。還可利用離子濺射效應分析表面下數微米深度內的元素分布。但離子探針定量分析方法尚不成熟。
1938年就有人進行過離子與固體相互作用方面的研究，但直到60年代才開始生產實用的離子探針分析儀。離子探針分析儀的基本部件包括真空系統、離子源、一次離子聚焦光學系統、質譜儀、探測和圖像顯示系統、樣品室等。離子探針適用於超輕元素、微量和痕量元素的分析以及同位素的鑒定。廣泛應用於金屬材料的氧化、腐蝕、擴散、析出等問題的研究，特別是材料氫脆現象的研究，以及表面鍍層和滲層等的分析。
俄歇電子能譜分析
俄歇電子能譜分析， 用電子束 （或X射線）轟擊試樣表面，使其表面原子內層能級上的電子被擊出而形成空穴，較高能級上的電子填補空穴並釋放出能量，這一能量再傳遞給另一電子，使之逸出，最後這個電子稱為俄歇電子。1925年法國的P.V.俄歇首先發現並解釋了這種二次電子，後來被人們稱為俄歇電子，但直到1967年俄歇電子能譜技術才用於研究金屬問題。通過能量分析器和檢測系統來檢測俄歇電子能量和強度，可獲得有關表面層化學成分的定性和定量信息，以及化學狀態、電子態等情況。在適當的實驗條件下，該方法對試樣無破壞作用，可分析試樣表面內幾個原子層深度、數微米區域內除氫和氦以外的所有元素，對輕元素和超輕元素很靈敏。檢測的相對靈敏度因元素而異，一般為萬分之一到千分之一。絕對靈敏度達10(單層（1個單層相當於每平方厘米約有10(個原子）。可方便而快速地進行點、線、面元素分析以及部分元素的化學狀態分析。結合離子濺射技術，可得到元素沿深度方向的分布。
俄歇電子能譜儀器的結構主要包括真空系統、激發源和電子光學系統、能量分析器和檢測記錄系統、試驗室和樣品台、離子槍等。
俄歇電子能譜分析在機械工業中主要用於金屬材料的氧化、腐蝕、摩擦、磨損和潤滑特性等的研究和合金元素及雜質元素的擴散或偏析、表面處理工藝及復合材料的粘結性等問題的研究。
X射線光電子能譜分析
X射線光電子能譜分析，以一定能量的X射線輻照氣體分子或固體表面，發射出的光電子的動能與該電子原來所在的能級有關，記錄並分析這些光電子能量可得到元素種類、化學狀態和電荷分布等方面的信息。這種非破壞性分析方法，不僅可以分析導體、半導體，還可分析絕緣體。除氫以外所有元素都能檢測。雖然檢測靈敏度不高，僅達千分之一左右，但絕對靈敏度可達2×10(單層。
這種分析技術是由瑞典的K.瑟巴教授及其合作者建立起來的。1954年便開始了研究，起初稱為化學分析用電子能譜(簡稱ESCA)，後普遍稱為X射線光電子能譜（簡稱XPS）。主要包括：真空系統、X射線源、能量分析器和檢測記錄系統、試驗室和樣品台等。這種分析方法已廣泛用於鑒定材料表面吸附元素種類，腐蝕初期和腐蝕進行狀態時的腐蝕產物、表面沉積等；研究摩擦副之間的物質轉移、粘著、磨損和潤滑特性；探討復合材料表面和界面特徵；鑒定工程塑料製品等。

8. HPLC法中定量分析方法大致有哪幾種

氣相色譜定量檢測一般就兩種，一個是外標法，一個是標法，對於沒有標准物質的，就只能靠容面積歸一法粗略定量。

通過對人類和環境有影響的各種物質的含量、排放量的檢測，跟蹤環境質量的變化，確定環境質量水平，為環境管理、污染治理等工作提供基礎和保證。簡單地說，了解環境水平，進行環境監測，是開展一切環境工作的前提。

(8)腐蝕產物定量分析方法擴展閱讀：

HPLC根據固定相和流動相的成分分為正相色譜和反向色譜。

正相色譜法

採用極性固定相（如聚乙二醇、氨基與腈基鍵合相）；流動相為相對非極性的疏水性溶劑（烷烴類如正已烷、環已烷），常加入乙醇、異丙醇、四氫呋喃、三氯甲烷等以調節組分的保留時間。常用於分離中等極性和極性較強的化合物（如酚類、胺類、羰基類及氨基酸類等）。

9. 對物質進行定量分析主要有哪些方法

按測定原理和操作方法分類可分為化學分析法和儀器分析法.按分析對象分類可分為無機分析和有機分析.按被測組分的含量分類可分為常量組分分析、微量組分分析和痕量組分分析.按所取試樣的量分類可分為常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析.

10. 高溫、高壓H2S腐蝕試驗方法國際標准分析

李建平¹陳長風²任玉林¹李宗田¹陳秋芬¹唐萍¹

（1.中國石化石油勘探開發研究院，北京100083；2.中國石油大學（北京），北京102249）

摘要 目前，國際上廣泛使用的H2S服役環境下材料的試驗和選用標准有3種，分別為NACE標准、EFC標准以及ISO15156 標准。本文對這3種標准之間的相互關系進行了分析，在討論硫化物應力腐蝕開裂機理的基礎上，分析了NACE標准和EFC標準的特點，對比了兩種標准之間的主要區別。NACE標准注重選材的安全性，選材容易出現品質過剩；EFC標准強調因地制宜地選材，強調合理使用，最大限度地發揮材料的性能；NACE MR0175的材料性能以及耐蝕性方面的數據較為豐富，使用方便；相對來講EFC17隻是給出了選材的基本原則，對使用者自身的要求較高。ISO15156標准結合了上述兩類標準的特點，取長補短，建立了既適合於使用，又注重安全的試驗和選材標准，可用於高含硫氣田開採的選材。

關鍵詞 腐蝕 實驗 H₂S CO₂SSC NACE MR0175 EFC16/EFC17 ISO15156

International Standard Analysis on H2 S corrosion Testing Method at High Temperature and High Pressure

LI Jian-ping¹，CHEN Chang-feng²，REN Yu-lin¹，LI Zong-tian¹，CHEN Qiu-fen¹，TANG Ping¹

（1.Exploration ＆ Proction Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Petroleum，Beijing102249）

Abstract Presently，there are three kinds of international standards for testing and choosing materials serving in H₂S-containing environment，that is to say，NACE MR0175，EFC17 and ISO15156.The relationship of these three standards is analyzed in this paper.Basing on the mechanism of SSC，the features of NACE MR0175 and EFC17 and the difference between these two standards are also discussed.NACE MR0175 pays more attention to the safety in the selection of materials and easily results to an overplus in materials』 performance，while EFC17 emphasizes the reasonable selection of materials according to the local conditions and exerts the performance of materials furthest.NACE MR0175 provides abundant data of material』s performance and corrosion resistance，while EFC17 only presents the cardinal rule for material』s selection.By taking the strongpoint of above two standards，ISO15156 not only suits to use but also emphasizes the safety of the testing and choosing Materials，especialy in the high sulfurcoated gas field.

Key words Corrosion Test H₂S CO₂SSC NACE MR0175 EFC16/EFC17 ISO15156

在石油天然氣的開采過程中，H₂S腐蝕往往導致突發性的災難事故，造成人員和財產的重大損失。美國NACE 協會在1975年頒布了《油田用耐硫化物應力腐蝕開裂金屬材料》，即NACE MR0175^［1］。到目前為止，NACE MR0175已經經過了25次修改，對其中的內容進行了較大的修改和補充。

NACE MR0175建立了硫化氫臨界分壓值，當硫化氫的分壓超過該界限值後，就需要考慮SCC的威脅；同時還提供了選材的指導方針及耐蝕合金的應用界限和條件，例如溶液組成、pH、溫度、H₂S分壓等。NACE TM 0177^［2］和NACE TM284^［3］兩個試驗標準是對NACE MR0175的進一步補充和完善。

歐洲腐蝕協會分別在1995年和1996年單獨出版了EFC16（含《H₂S環境條件下碳鋼和低合金鋼的選材准則》）和EFC17（《石油天然氣開發用耐蝕合金：H₂S服役條件下選材和測試方法》）兩個規范，這兩個規范盡管在出發點和內容上與NACE標准有所不同，但仍然被認為是NACE標準的重要補充。

之後，NACE和EFC合作，由國際標准協會ISO/TC 67成立了第七工作組，收集和整理合適的、公開發表的硫化氫環境下金屬材料開裂的現場和實驗室測試數據，出版了ISO/15156^［4～6］（《石油天然氣工業——含H₂S環境油氣生產用材料》）標准。ISO15156標准可以看成是NACE MR0175和EFC16及EFC17^［7，8］的合並版本，綜合了NACE和EFC兩類標準的重要內容。上述3個標准已經成為硫化氫環境下設備用材選擇與試驗的重要依據。本文主要是分析NACE和EFC標准之間的差異，探討高含H₂S、CO₂環境用材的試驗方法。

1 材料H₂S環境下的應力腐蝕特徵

硫化氫腐蝕主要有兩種形式，一是電化學腐蝕失重；二是腐蝕開裂。前者，腐蝕產物FeS對腐蝕速率和形態有顯著的影響，導致均勻腐蝕和局部腐蝕。相對於CO₂腐蝕，H₂S腐蝕失重速率較小，因此對於硫化氫腐蝕，人們更關注腐蝕開裂問題，這是許多突發事故的原因。

硫化氫溶於水後電離形成的H⁺和HS^-發生陰極還原反應，形成氫原子。對於CO₂腐蝕，陰極反應生成的氫原子會在金屬表面結合成氫分子，隨後溶入液體中，但在含硫化氫系統中，硫化物離子將會減慢金屬表面氫原子復合成氫分子的速率，這樣會造成金屬表面氫分子的積累，為氫原子擴散進入金屬提供了足夠的驅動力，從而導致硫化物應力開裂（SSC）、氫致開裂（HIC）。另外，局部陽極溶解與應力耦合作用導致應力腐蝕開裂（SCC）。

低碳鋼和低合金鋼H₂S腐蝕後表面容易形成FeS膜，這層腐蝕產物膜雖然對基體金屬有一定的保護作用，但是陰極還原的氫原子很容易穿過FeS膜擴散到金屬基體，導致開裂。耐蝕合金錶面會形成緻密的Cr₂O₃-NiO鈍化膜，這層鈍化膜對氫原子的擴散阻礙作用明顯，從而抑制了腐蝕裂紋的產生。隨著耐蝕合金中Cr和Ni含量的增加，鈍化膜的完整性、緻密性也增加，對金屬基體的保護性增大。

耐蝕合金的SSC是碳鋼和低合金鋼SSC 的擴展，是氫脆現象。其本質是陰極過程，也就是說開裂受控於陰極極化。耐蝕合金的SSC對材料表面鈍化膜的穩定性非常敏感，因此也就對溶液的 pH 值以及 Cl^-的含量敏感。溶液的酸性增加，鈍化膜溶解性增加；Cl^-的侵蝕性較強，容易穿透鈍化膜，破壞鈍化膜的結構。

耐蝕合金在H₂S中的SCC是人們廣泛熟知的耐蝕合金在鹵水中的SCC問題的擴展，它是局部腐蝕的一種，是陽極過程，也就是說可以通過陰極極化來抑制。與SSC一樣，SCC對材料表面鈍化膜的穩定性非常敏感，因此就對溶液的pH值以及Cl^-的含量敏感。另外，H₂S的含量會顯著地影響到產生SCC的門檻值。

對於SCC，裂紋在耐蝕合金錶面萌生的機制與機械輔助去鈍化有關，也就是說材料外載入荷與本身的殘余應力耦合，導致變形，局部會產生微蠕變和應力鬆弛，這樣容易破壞或削弱鈍化膜，使局部基體金屬受到侵蝕溶解，同時在應力的耦合作用下，產生裂紋。

耐蝕合金通常在高的溫度下容易產生應力腐蝕裂紋，在室溫下更容易產生SSC。然而，隨著載荷、鈍化膜、微蠕變、氫的還原以及擴散等多方面交互作用，將使有些耐蝕合金，例如雙相不銹鋼應力腐蝕和硫化物應力腐蝕的敏感溫度分布在中溫區（80～120℃）。相對而言，對於碳鋼和低合金鋼硫化物應力腐蝕最大的敏感溫度在25℃。

鐵素體以及馬氏體耐蝕合金組織自然微蠕變非常小，對SSC敏感而對SCC不敏感，當然，應力大於或等於屈服強度也容易出現裂紋；相反，奧氏體組織本質上自然微蠕變非常大，對SSC不敏感而對SCC敏感；而雙相不銹鋼會遭受SCC和SSC，這主要取決於腐蝕環境的特徵。

為了有效地利用材料，同時提高材料使用的經濟性，除了應了解硫化物應力開裂（SSC）和應力腐蝕開裂（SCC）兩種開裂方式的不同機制，更重要的是如何選材和評價。

2 NACE 標准特徵

2.1 NACE TM0177-96

NACE TM0177推薦了4種試驗方法：拉伸、三點彎曲、C形環和懸臂梁拉伸法。試驗可以在常溫常壓下進行，也可以在較高的溫度和壓力下進行，推薦的測試溶液濃度較高、pH值較低，屬於加速試驗，是比較苛刻的試驗標准。採用高溫高壓試驗的原因，一是由於材料不同，產生裂紋的敏感溫度也不同；二是要更好地模擬材料實際服役環境，預見最差的服役條件。高溫高壓的試驗結果最好與常溫常壓試驗結果進行對比。

NACE TM0177提醒需要注意以下幾點：

（1）這種加速試驗方法使得試驗數據的處理變得比較困難，試驗過程中總有一些其他的影響因素會影響到重現性。例如：低強度鋼在推薦的測試環境中容易產生HIC或氫鼓泡失效，但這種材料通常不容易遭受SSC，因此對於試驗結果需要區別是何種機制導致的裂紋。另外，一些合金在這種試驗環境下容易受到侵蝕，導致開裂，而在油田服役環境下則不會出現這種情況，馬氏體和沉澱硬化不銹鋼就容易出現這種問題。

（2）測試方法、材料的織構與流線、不同合金之間的電偶腐蝕、測試溫度對開裂的敏感性影響、試樣選擇區域、材料的非均勻性（例如焊接）、試驗時間和試樣數量等等一些因素都會對試驗結果產生影響。

EFC標准中將三點彎曲試驗法改為四點彎曲試驗法，ISO15156採用了這一修改。

2.2 NACE MR0175

NACE MR0175是依據材料的現場使用數據和試驗數據，建立起來的H₂S服役條件下材料的選擇標准，包括碳鋼、低合金鋼和耐蝕合金的選擇，新版本增加了合金使用環境的限制。由於SSC受到應力、H₂S分壓、元素硫、礦化度、pH值及合金的冶金條件等眾多條件影響，因此NACE MR0175無法就每一種合金都給出確切的環境使用界限，材料的使用者有責任根據試驗室數據的准確程度以及現場經驗來確定材料將來使用的安全性。NACE MR0175承認一些在NACE TM0177標准試驗中被證明容易開裂的合金在實際服役環境中的表現卻很好，同時標准所推薦的材料對SSC具有抑制能力，但卻不能在所有的環境下阻止SSC，因此一定要考慮實際的應用環境。

NACE MR0175定義了H₂S應力腐蝕環境范圍，幫助使用者確定材料服役環境是否在該范圍之內（圖1）。

圖1 NACE MR0175定義的SSC環境敏感區域

a—氣相環境；b—油氣兩相

圖1隻表明了總壓和分壓，沒有顯示出溶液的pH值對SSC的影響；另外，對於碳鋼和低合金鋼滿足了NACE TM0177的測試，但能否在6～7MPa的H₂S分壓下服役還是需要慎重考慮的問題。在EFC16 中，將碳鋼或低合金鋼在H₂S環境分為了3個區域（圖2）。這3個區域的應力腐蝕敏感性劃分成非酸性環境、過渡區和酸性環境。圖2 只是針對P110以上強度鋼級建立的，其他材料或有焊縫的情況需要重新建立應力腐蝕敏感圖。ISO15156採納了EFC16觀點，未採用NACE對SSC敏感區域的劃分方式。值得注意的是，圖2所包含的H₂S分壓區域最高只有1MPa，這就限定了碳鋼和低合金鋼可以使用的范圍。

另外，NACE MR0175為新的合金材料或新工藝處理的材料給出了7個等級的試驗條件，前3個等級屬於NACE TM0177試驗范疇，主要是針對碳鋼和低合金鋼；後4個等級試驗溫度和壓力較高，同時通有CO₂，是專門針對奧氏體不銹鋼、雙向不銹鋼、Ni合金以及Ti合金推薦的試驗條件，以確定這些合金的耐SSC性能。

圖2 EFC16和ISO15156定義的SSC環境敏感區

① 1bar=10⁵Pa

NACE MR0175標准仍然是比較嚴格。例如，對應用於酸性環境下的碳鋼和低合金鋼的硬度要求為小於22HRC，材料硬度大於該值則不在標准所規定的范圍之內，需要另外嚴格測試。

3 EFC標准特徵

EFC 標準的一個重要特點是為了保證設備選材在實際工況條件下的安全性，同時又符合經濟性原則，試驗環境溶液應選用與實際工況條件相同的環境溶液，而不是NACE規定的溶液，即採用合於使用原則（Fitness for Service），也就是說試驗條件的選擇要反映服役條件。這樣就有可能避免一些材料現場使用情況良好，卻無法通過NACE標准試驗這一現象的發生。

EFC 標准總結了近年來關於環境條件與材料開裂方面的研究成果，認為可以適當放寬試驗的苛刻程度，這樣會大大地節省費用，同時還不會帶來風險。因此EFC准則比較實用，對石油、天然氣工業具有較高的指導性。

3.1 EFC16

EFC16標准主要是針對碳鋼、低合金鋼在含H₂S環境下的服役性能，全面考慮此類材料暴露在硫化氫環境下所有的可能裂紋類型，並根據裂紋產生的環境，通過合理的材料選擇來避免這些裂紋。EFC首次提出的合於使用（Fitness-for-Purpose）原則已經廣泛被接受，目前，NACE年會已經有越來越多的文獻報道了基於此原則開展的材料耐蝕性能研究。

影響滲氫的主要因素為：H₂S的濃度、pH和溫度等，EFC16建立了P110以上鋼級的pH-H₂S分壓SSC敏感圖（圖2），其他的鋼級以及具有焊縫的鋼需要重新建立。圖2中，①區屬於非酸性環境，對材料冶金的質量沒有要求；②區為過渡區，需要控制冶金質量，如硬度、S含量等，在一些環境下，材料冶金質量及控制不需要非常嚴格；③區則容易發生SSC，需要嚴格按照EFC16標准選材。需要注意的是pH低於3.5服役環境在油田現場很少出現，因此圖2中對這部分未做出分類。當材料滿足EFC16 標准規定時就可以良好地抑制區域②和③的SSC腐蝕。材料不能滿足上述要求可能也能夠良好地抑制SCC，但是需要按照合於使用的原則來評估。

碳鋼和低合金鋼可以通過測量硬度來檢查強度，要求均勻的顯微組織，這樣可以通過限制強度、消除有害的裂紋敏感微觀組織來抑制SSC。

出現SSC的硬度與環境的苛刻程度有關。EFC16 所允許的硬度水平比較寬松，同時提供了合適的測試方法來證明材料可以抑制SSC。

對於淬回火管材：硬度≤250 HV30（22 HRC），C90 和T95 可以到270 HV30，同時要求組織均勻，沒有未回火馬氏體。高於65℃時可以使用N80Q，C95；高於80℃可以使用API 5 CT C95，N80，P105和P110系列；高於110℃可以使用API 5 CT Q125。也就是說溫度越高，相同腐蝕條件下可以使用的鋼級越高，充分體現了適合於使用的原則。Q+T低合金鋼可接受的最大硬度為275HV30（26HRC）。管線、壓力容器以及其他焊接設備材料母材硬度不超過250 HV30。

對於不能滿足上述冶金要求的材料，EFC16要求使用附錄A推薦的方法進行測試，附錄A給出了測試方法、測試溶液以及評定標准。EFC推薦使用模擬實際的服役環境進行試驗，從而獲得材料的真實服役性能，另外，對於服役環境不明確的情況，EFC16推薦的測試環境也不苛刻。

眾所周知，如果材料滿足了硬度、組織等要求，就很難滿足力學使用要求，對於這一矛盾，EFC16建議還是根據合於使用原則，通過仔細試驗研究來解決。使用的測試環境要與服役環境相似，應力/應變水平代表服役載荷。

3.2 EFC17

耐蝕合金（CRA）已經越來越廣泛地應用於含硫油氣田的開發，由於H₂S服役環境下的油田設備用耐蝕合金（CRA）的試驗和選擇標准不統一，這就給評定耐蝕合金的質量帶來了很大困難和高昂的費用。另外針對碳鋼所建立的評定方法不能應用於CRA。

EFC17就是根據上述問題，建立了測試和評價CRA的標准，標准中包括選擇、評價耐蝕合金的基本原則，即合於使用原則；標准提供了評估臨界環境開裂條件的測試方法和使用該方法的原理、測試方法的重要性以及如何選擇CRA。

EFC17的核心就是材料應該在最苛刻的環境和力學條件下評估，這一試驗環境應該是服役環境的最苛刻狀態，而不是標準的最苛刻的試驗條件。用於測試的環境應該反映出服役失效結果。耐蝕合金並不是固有的能夠抑制SSC/SCC，EFC17 標準的目標是讓選定的耐蝕合金在一定范圍的力學和環境條件下能夠可靠使用，同時還經濟。為了達到這一目標，選用的測試方法可以確定材料應用的界限，而不是簡單地在極端條件下測試，然後就淘汰一些所謂應力敏感的合金。

首先，EFC17規定了如何選擇測試環境。對於耐蝕合金，嚴重腐蝕通常是出現在最高的服役溫度，因此測試耐蝕性要求模擬該溫度下的環境參數。通常CRA的耐蝕性較好，使得短期試驗很難有所結果，這樣需要比較保守的長期的試驗，這樣試驗條件往往與實際不符，比較苛刻。但是，耐蝕合金傾向於表現出明顯的環境參數臨界線，因此增大一個或幾個參數在加速試驗中可能會導致嚴重的腐蝕，從而會排斥有潛力的良好合金。

耐蝕合金的試驗可以環境模擬服役環境，也可以等同於服役環境或比服役環境苛刻。為了減少特殊測試次數，可以在適當的標准環境下測試數據，EFC17推薦了3類，包括典型天然氣生產環境有地層水和典型原油生產環境的狀況。這種測試屬於材料的定級試驗，有助於確定合金的特殊使用環境。

除了確定測試環境條件外，還要明確最壞狀態下材料的成分和組織對腐蝕的影響。耐蝕合金還要考慮局部腐蝕和縫隙腐蝕，試樣的表面狀態，例如拋光、研磨、機械加工以及焊接狀態等。

另外，還需要認真考慮材料的應力狀態。通常，相同的環境參數決定了耐蝕合金的環境斷裂，然而，局部應力的大小和性質、材料的條件是附加的裂紋控制參數。但是，試驗過程中所載入的應力或應變無論如何也不能精確地模擬服役條件，真實地服役應力包括了製造過程中的殘余應力和服役應力之和，真實服役應力還包括：靜態、瞬態和動態；外加或殘余應力；范圍較廣的和局部應力。

EFC17標准所確定的試驗方法仍然存在有局限性：①測試的時間有可能比裂紋孕育期短，測試時間內沒有發現裂紋，並不能說明延長測試時間後材料不失效；②測試的應力並不能完全模擬現場實際，有可能材料在實際服役下出現塑性變形，但是正常的載入無法滿足上述條件。

針對上述問題，EFC17建議可以通過延長載入時間和給定塑性變形來研究。另外，有報道說長時間的浸泡會改變鈍化膜的結構，容易導致點蝕，裂紋可以從點蝕處萌生，這些問題還需要深入研究。

4 結論

NACE標准非常注重選材的安全性，這樣就出現了不能通過NACE標准試驗的材料反而還可以在油田現場仍然有良好的使用的現象，也就是說選材容易出現品質過剩。

EFC標准強調因地制宜地選材，最大限度地發揮材料的性能，但是，由於現場實際環境差別較大，採用EFC標準的試驗工作量較大，同時對於高含H₂S/CO₂環境，開展模擬試驗的難度也較高。

NACE MR0175總結了較為豐富的材料性能以及耐蝕性方面的數據，方便使用者對比評價，可以預計，隨著研究的深入，這方面的數據積累會越來越豐富；相對來講EFC17隻是給出了選材的基本原則，對使用者自身的要求較高。

ISO15156標准正是結合上述兩類標準的特點，取長補短，建立了既要合於使用，同時也要注重安全的試驗和選材標准。

應該看到，材料的實際服役行為往往比較復雜，標准只是給出了試驗和選材的指導方針，實際存在的問題還需要細致試驗和研究才能解決。

參考文獻

［1］NACE MR0175-2001.Sulfide stress cracking resistant metallic materials for oilfield equipment.

［2］NACE TM0177-1996.Laboratory testing of metals for resistance to sulphide stress cracking in H₂S environments.

［3］NACE TM0284.Evaluation of pipeline and pressure vessel steels for resistance to hydrogen inced cracking.

［4］ISO 15156-1：2001.Petroleum and natural gas instries-materials for use in H₂S—containing environments in oil and gas proction—part 1：general principles for selection of cracking-resistant materials.

［5］ISO 15156-2：2003.Petroleum and natural gas instries—materials for use in H₂S—containing environments in oil and gas proction—Part 2：Cracking-resistant carbon and low alloy steels，and the use of cast irons.

［6］ISO 151 56-3：2003.Petroleum and natural gas instries-materials for use in H₂S—containing environments in oil and gas proction-Part 3：Cracking-resistant CRAS（corrosion-resistant alloys）and other alloys.

［7］EFC Publications No.16.Guidelines on materials requirements for carbon and low alloy steels for H₂S—containing environments in oil and gas proction，ISBN 0-901716-95-2.

［8］EFC Publications No.17.Corrosion resistant alloys for oil and gas proction：guidelines on general requirements and test methods for H₂S service.