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钢制设备在含CO2的腐蚀介质中发生电化学腐蚀,阴极发生析氢反应,产生氢原子。氢原子的直径远小于金属原子,根据吸附-吸收过程,部分原子氢扩散进钢材基体的晶格内,引起材质脆化,并导致材料开裂、丧失承载能力。当氢、应力和腐蚀性环境同时存在时,将可能联合起来对材料形成协同性的破坏,如扩散的氢在应力作用下能够导致材料脆化或者由非金属夹杂物等引起氢致开裂。本研究围绕80SS和110SS两种油管钢,在含饱和CO2模拟采出水环境中展开其氢渗透和应力腐蚀开裂两方面的研究,结合电化学方法、SSRT和各种现代分析测试技术,探索多种因素对氢渗透和应力腐蚀开裂(SCC)的影响规律,预测应力腐蚀开裂敏感性,建立氢渗透与SCC之间的联系。采用Devanathan-Stachurski双电解池电化学氢渗透测试方法,严格按照“五步走”有序进行氢渗透曲线的测试,研究了毒化剂、氢陷阱、热处理、pH、温度、矿化度、C1-对氢渗透行为的影响规律。结果表明,a.110SS和80SS的组织均为回火索氏体,前者比后者晶粒尺寸小,晶界多,穿透时间延长,氢扩散系数小,氢扩散阻力更大,具有更好的抗氢致开裂敏感性。b.80SS钢经正火、退火、淬火后分别获得铁素体+珠光体、铁素体+索氏体、马氏体组织,氢陷阱密度依次增大,氢脆敏感性依次增大。c.强度、pH值减小,温度升高,则稳态电流密度越大,氢扩散系数减小；P110和110SS的各氢渗透参数处于同一数量级范围；矿化度和Cl-对氢渗透的影响没有统一规律。其中,稳态可扩散氢浓度与外加极化电流存在线性关系,氢扩散系数与温度(298～363K)满足Arrhenius关系。通过动电位快慢扫描极化曲线测试方法,利用Parkins边界条件和应力腐蚀破裂参数Pi预测80SS和110SS分别在电位大于-589mV (vs. SCE)和-541mV (vs. SCE)时具有应力腐蚀开裂敏感性,且判断该电位下的SCC为阳极溶解机制控制。采用SSRT研究了氢对SCC的影响,结果表明80SS和110SS中都出现氢致损伤现象,且80SS随稳态可扩散氢浓度的增加脆化现象更为明显：当可扩散氢浓度为3.99molH/m3、氢扩散系数为1.922×10-6cm2/s时,屈服强度降低幅度达到25.77%、抗拉强度降幅达到7.92%,应变硬化指数为0.2l,应力应变积分降低幅值高达62.0%,延伸率损失达到50.40%,发生了脆性断裂；而110SS强度、塑性的降低幅度随可扩散氢浓度的增加而降低的幅度较80SS缓慢,其抵抗氢渗透作用的能力更强,受氢渗透影响作用稍小80SS和110SS在含饱和CO2采出水中的SCC机理为氢助阳极溶解型应力腐蚀开裂。开裂过程为：腐蚀形成均匀致密的FeCO3和CaMg(CO3)2产物膜→膜局部破坏与微裂纹形成→腐蚀、应力与氢原子协同使裂纹扩展,直至断裂。