La fissuration sous contrainte sulfurée (SSC) est un type de fissuration métallique associée à la corrosion et à la contrainte de traction (résiduelle et/ou appliquée) en présence d'eau et de sulfure d'hydrogène (H₂S).
Mécanisme de fissuration sous contrainte due au sulfure (SSC)
La fissuration sous contrainte d'hydrogène (SSC) est une forme de fissuration sous contrainte d'hydrogène (HSC), liée à la fragilisation du métal causée par l'hydrogène atomique généré à la surface du métal par corrosion acide. En présence de sulfures, l'absorption d'hydrogène est favorisée. L'hydrogène atomique peut diffuser dans le métal, réduisant sa ténacité et augmentant sa sensibilité à la fissuration. Les métaux à haute résistance et les zones de soudure plus dures sont plus sensibles à la SSC.
Dangers de la fissuration sous contrainte due au sulfure (SSC)
Le SSC est un mode courant de défaillance matérielle dans l’industrie pétrolière et gazière, ainsi que dans certains environnements chimiques, et il peut avoir un impact significatif sur la sécurité des équipements et la stabilité opérationnelle.
Par exemple, des études ont montré qu’après trois ans d’utilisation dans un environnement humide, Environnement H₂S, fissures provenant de la surface intérieure de la vanne ont été observés dans la section transversale du corps d'une vanne de régulation de débit de tête de puits A216-WCC, avec des preuves évidentes de dommages dus à la corrosion de l'acier.
Les SSC représentent de graves menaces pour la sécurité opérationnelle des équipements industriels, l'efficacité de la production, ainsi que la sécurité environnementale et la sécurité du personnel. Par conséquent, des mesures efficaces doivent être prises en matière de conception, de choix des matériaux, d'exploitation et de maintenance afin de prévenir et d'atténuer ces risques.
Facteurs d'influence
La fissuration sous contrainte due au sulfure (SSC) est un phénomène de corrosion sous contrainte provoqué par l'interaction entre le sulfure d'hydrogène (H₂S) et les matériaux métalliques. Son apparition dépend de plusieurs facteurs, notamment l'environnement corrosif (notamment la présence de H₂S), la fragilité du métal et les contraintes. Les températures et les pressions élevées, les joints soudés et les matériaux à haute résistance peuvent tous aggraver le risque de SSC.
Certains matériaux métalliques, tels que les aciers à haute résistance, les aciers inoxydables et les aciers faiblement alliés, deviennent particulièrement vulnérables aux environnements contenant du sulfure d'hydrogène. Les joints de grains et autres caractéristiques microstructurales de ces matériaux les rendent plus sensibles à l'infiltration d'atomes d'hydrogène, ce qui entraîne une fragilisation par l'hydrogène et la propagation de fissures. Les matériaux à haute résistance, les joints soudés et les matériaux ayant subi un traitement thermique incomplet sont particulièrement sujets au SSC.
| Matériau métallique | Sensibilité SSC | Raison/Explication |
| Acier au carbone et acier faiblement allié | Haut | L'acier au carbone et l'acier faiblement allié sont très sensibles à la corrosion sous atmosphère modifiée (SSC) dans les environnements H₂S, notamment sous fortes contraintes. Leur faible résistance à la corrosion facilite la propagation des fissures. |
| Acier inoxydable (par exemple, 304, 316) | Modéré | Les aciers inoxydables austénitiques sont modérément sensibles à la corrosion sous atmosphère modifiée (SSC) en milieu H₂S, notamment en cas de corrosion localisée. Des nuances comme le 316L peuvent améliorer la résistance en augmentant la teneur en alliage. |
| Acier faiblement allié à haute résistance | Haut | La résistance et la dureté élevées augmentent la sensibilité au SSC, en particulier dans les concentrations élevées de H₂S. |
| Aciers fortement alliés (par exemple, Inconel, Hastelloy) | Faible | Les aciers fortement alliés offrent une excellente résistance à la corrosion et à la fragilisation par l'hydrogène, ce qui les rend parfaitement adaptés aux environnements H₂S avec une faible sensibilité SSC. |
| Titane et alliages de titane | Faible | Le titane forme un film d'oxyde protecteur dans les environnements H₂S, offrant une excellente résistance à la corrosion et une forte résistance SSC. |
Mesures préventives
Sélectionnez les matériaux appropriés : Utilisez des matériaux résistants à la corrosion par le sulfure d’hydrogène (tels que les aciers faiblement alliés ou les aciers inoxydables) ou appliquez des traitements de surface spécialisés pour améliorer la résistance au SSC.
Réduire le stress : Minimiser les contraintes résiduelles et les contraintes externes lors des processus de conception et de fabrication pour éviter les zones de concentration de contraintes.
Contrôle de la concentration en sulfure d'hydrogène : Réduire la concentration de sulfure d’hydrogène dans les environnements opérationnels et mettre en œuvre des mesures efficaces de contrôle des gaz.
Utiliser un traitement thermique ou des revêtements protecteurs : Améliorez la ténacité et la résistance du matériau au SSC grâce à un traitement thermique ou en appliquant des revêtements et des couches protectrices pour minimiser l'exposition au sulfure d'hydrogène.
Fissuration sous contrainte au sulfure (SSC) VS fissuration par corrosion sous contrainte (SCC)
Bien que la SSC et la SCC se fissurent toutes deux sous l'effet de contraintes de traction et d'un environnement corrosif, la SSC est un sous-ensemble plus spécifique de la SCC qui se produit principalement dans les environnements H₂S, où la fragilisation par l'hydrogène joue un rôle majeur. La SCC, quant à elle, est un phénomène plus large qui peut être causé par divers agents corrosifs dans différents matériaux et environnements. La prévention de ces deux types de fissures nécessite une attention particulière au choix des matériaux, à la gestion des contraintes et aux facteurs environnementaux.
Résumé
La fissuration sous contrainte sulfurée (SSC) est un phénomène de rupture fragile provoqué par le sulfure d'hydrogène dans les environnements soufrés. Elle affecte gravement les performances des matériaux métalliques dans des conditions de résistance élevées et difficiles. Comprendre le mécanisme et les facteurs d'influence de la SSC, ainsi que prendre des mesures préventives appropriées, est essentiel pour garantir la sécurité des équipements, prolonger leur durée de vie et éviter les arrêts de production.
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