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1、什么是硫化物應力腐蝕開(kāi)裂(SSC)試驗?硫化物應力腐蝕開(kāi)裂的影響因素有?
環(huán)境開(kāi)裂(environmental cracking)簡(jiǎn)稱(chēng)EC,是指正常狀態(tài)下具有韌性的材料在環(huán)境中由于腐蝕效應引起的脆性斷裂,包括氫脆、氫應力開(kāi)裂、應力腐蝕開(kāi)裂及硫化物應力開(kāi)裂等現象。
硫化物應力開(kāi)裂試驗,也叫硫化氫應力腐蝕開(kāi)裂試驗,英文全稱(chēng)是Sulfide Stress Corrosion Cracking,簡(jiǎn)稱(chēng)SSCC或SSC,是指在有水和H2S存在的情況下,與腐蝕和拉應力有關(guān)的一種金屬開(kāi)裂形式,屬于氫引起的應力開(kāi)裂,硫化物存在時(shí),促進(jìn)金屬表面腐蝕所產(chǎn)生的原子氫進(jìn)入金屬,并使金屬韌性下降、產(chǎn)生脆性斷裂。硫化物應力腐蝕是應力腐蝕(SCC)中的一個(gè)特殊類(lèi)型,但與通常所說(shuō)的應力腐蝕有所區別,在通常所說(shuō)的應力腐蝕中,環(huán)境所起的作用是以陽(yáng)極溶解為主,而SSC則是以陰極充氫為主。
硫化物應力腐蝕開(kāi)裂的影響因素有:1)化學(xué)成分的影響,例如C、Mn、S、P、Cu、Mo、Cr、V,Nb,Ti等元素的影響;2)夾雜物的影響,夾雜物的形態(tài)和分布影響著(zhù)抗SSC性能;3)晶粒度的影響;4)顯微組織的影響。
目前SSC機理尚未被完全揭示,但目前大多數學(xué)者傾向于這種開(kāi)裂是由氫導致,并且硫離子或硫化氫對氫向材質(zhì)內的擴散有一定的促進(jìn)作用。在石油、天然氣(尤其是天然氣)長(cháng)輸管道中,高壓高強度管道的硫化物應力腐蝕開(kāi)裂會(huì )引發(fā)重大的安全事故,因此需要評價(jià)管線(xiàn)鋼的抗SSC性能,保證管道的安全。
2、硫化物應力腐蝕開(kāi)裂(SSC)試驗測試標準有哪些?
GB/T 4157-2006含硫化氫環(huán)境中金屬抗特定形式開(kāi)裂實(shí)驗室方法
GB/T 4157-2017金屬在硫化氫環(huán)境中抗硫化物應力開(kāi)裂和應力腐蝕開(kāi)裂的實(shí)驗室試驗方法
NACET TM0177-2016金屬在硫化氫環(huán)境中抗應力腐蝕開(kāi)裂試驗
NACE TM0103-2003 評價(jià)濕硫化氫環(huán)境下鋼板的抗應力導向氫致開(kāi)裂性能的試驗室試驗方法
ISO 7539-2:1989金屬與合金的腐蝕應力腐蝕試驗第2部分:彎梁試樣的制備和使用
GB/T 15970.2-2000金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗 第2部分:彎梁試樣的制備和應用
ASTM G39-1999彎梁應力腐蝕試件的制備和使用的標準實(shí)施規程
3、硫化物應力腐蝕開(kāi)裂(SSC)試驗測試要點(diǎn)
(1)GB/T 4157-2006含硫化氫環(huán)境中金屬抗特定形式開(kāi)裂實(shí)驗室方法
加力方式:A法 拉伸試驗;B法 彎梁法;C法 C形環(huán)法;D法 雙懸臂梁法
試樣要求:A法分為直徑(6.35±0.13)mm,試樣長(cháng)度≥100mm,工作段應長(cháng)25.4mm,每組3個(gè)試樣;當直徑為(3.81±0.05)mm,試樣長(cháng)度≥100mm,工作段25.4mm,每組3個(gè)試樣。
B法:兩點(diǎn)彎曲寬15-25mm,長(cháng)110mm-255mm,大加載應力(200MPa以上)試樣,厚度要求0.8-1.8mm,每組3個(gè)樣
C法:外徑≥15mm,每組3個(gè)樣
D法:常規樣品110mm*30mm*10mm;薄樣品T≥4.76mm;每組3個(gè)樣品
試驗溶液:溶液A 為5wt%NaCl+0.5wt%CH3COOH;
溶液B為5%wtNaCl+0.23wt%CH3COOH+0.4wt%CH3COONa
溫度壓力:24℃±3℃,常壓或高溫高壓
試驗周期:720h
試驗結果評定:試驗斷裂或完成720h后,在放大10倍下目測觀(guān)察工作段裂紋
試驗裝置如下圖:
(2)GB/T 4157-2017金屬在硫化氫環(huán)境中抗硫化物應力開(kāi)裂和應力腐蝕開(kāi)裂的實(shí)驗室試驗方法(2018-06-01開(kāi)始執行)
試驗方法:A法:?jiǎn)屋S拉伸法;B法:彎梁法;C法:C型環(huán)法;D法:雙懸臂梁法;E法:四點(diǎn)彎法
試驗溶液:
溶液A是一種經(jīng)酸化的飽和H2S鹽水溶液,組成為5wt%NaCl+0.5wt%CH3COOH+蒸餾水或去離子水;
溶液B是一種經(jīng)酸化和緩沖的飽和H2S鹽水溶液,溶液B組成為5wt%NaCl+2.5wt%CH3COOH+0.41wt%CH3COONa+蒸餾水或去離子水;
溶液C是一種緩沖的鹽水溶液,并滿(mǎn)足特定要求的Cl-濃度、H2S分壓和PH的要求,溶液C的組成為0.4g/LCH3COONa+NaCl(服役環(huán)境)+蒸餾水或去離子水;
溶液D是一種緩沖的鹽水溶液,其氯化物含量、H2S分壓以及PH符合中度酸性環(huán)境要求,其組成為:5wt%NaCl+0.4wt%CH3COONa+蒸餾水或去離子水;
試驗溫度壓力:24℃±3℃(方法D:24℃±1℃),常壓或高溫高壓
試驗周期:方法A、B、C、E:720h或斷裂;方法D:由利益相關(guān)方?jīng)Q定
試驗結果評定: A法、C法和E法是否斷裂、是否有裂紋;方法B:臨界應力Sc;方法D:臨界應力強度因子。
試驗裝置如下圖:
(3)NACET TM0177-2016金屬在硫化氫環(huán)境中抗應力腐蝕開(kāi)裂試驗
加力方式:A法 單軸拉伸;B法 彎梁法;C法 C型環(huán)法;D法 雙懸臂梁法;四點(diǎn)彎曲法試樣要求:A法分為直徑6.35mm,試樣長(cháng)度≥100mm,工作段應長(cháng)25.4mm,每組3個(gè)試樣;當直徑為3.81mm,試樣長(cháng)度≥100mm,工作段25.4mm,每組3個(gè)試樣。
B法:三點(diǎn)彎曲 67.3mm*4.57mm*1.52mm
C法:外徑≥15.9mm,每組3個(gè)樣
D法:110mm*30mm*10mm;每組3個(gè)樣品
四點(diǎn)彎曲法:長(cháng)110mm-130mm,寬15mm-50mm,厚度客供,每組3個(gè)樣
試驗溶液:溶液A 5wt%NaCl+0.5wt%CH3COOH;
溶液B: 5%wtNaCl+2.5wt%CH3COOH+0.41wt%CH3COONa
溶液C: 0.4g/LCH3COONa+NaCI (服役環(huán)境)
溶液D: 5wt%NaCl+0.4wt%CH3COONa
試驗溫度壓力:24℃±3℃(方法D: 24℃±1.7℃),常壓或高溫高壓
試驗周期:方法A、B、C時(shí)間為720h;方法D由客戶(hù)決定
試驗結果表示:A法和C法是觀(guān)察是否有裂紋、斷裂;方法B:臨界應力Sc;方法D;臨界應力強度因子
(4)NACE TM0103-2003 評價(jià)濕硫化氫環(huán)境下鋼板的抗應力導向氫致開(kāi)裂性能的試驗室試驗方法
試驗原理:標準的雙臂試驗目的是評估鋼在四點(diǎn)彎加載以及機械刻槽下應力導向氫致開(kāi)裂,其中機械刻槽是每個(gè)梁受拉伸應力面應力導向開(kāi)裂的起始點(diǎn)。刻槽點(diǎn)對于敏感材料是應力集中點(diǎn),促進(jìn)全厚度內部應力導向氫致開(kāi)裂的產(chǎn)生。通過(guò)在雙梁試樣上集中位置刻槽,簡(jiǎn)化了對應力導向氫致開(kāi)裂的評估。
試樣要求:標準全尺寸DB試樣由兩個(gè)狹槽和矩形橫剖面梁組成,試樣每個(gè)橫梁的尺寸為38mm寬、13mm厚,最小長(cháng)度應為305mm。施加應力的定距栓直徑應為13mm,兩個(gè)定距栓的中心距為51mm,每根定距栓放在兩根梁之間距試樣中心25mm的位置。除長(cháng)度外所有尺寸的允許誤差范圍應為±0.13mm。在兩個(gè)構成DB試樣的施加應力的梁上,在其拉伸的那一面使用直徑為0.2mm的金屬絲,通過(guò)電火花加工技術(shù)應加工一個(gè)深2.0mm的狹槽。槽的根部半徑應為0.13±0.01mm。為了檢查確認根部半徑,在試驗前應將梁的側面用320號砂紙磨光后,在放大200X情況下檢測。對于小樣,試樣每個(gè)橫梁的尺寸為25mm寬、厚度不小于4.6mm,最小長(cháng)度應為146mm,兩個(gè)螺栓中心距121。施加應力的定距栓直徑應為6.4mm,兩個(gè)定距栓的中心距為38mm,每根定距栓放在兩根梁之間距試樣中心19mm的位置。
試驗周期:168h
試驗結果評定:觀(guān)察并記錄開(kāi)裂和鼓泡情況、測定應力導向氫致開(kāi)裂擴展的程度、開(kāi)裂總長(cháng)度以及連續和不連續開(kāi)裂擴展的長(cháng)度。
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