ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

硫化物應(yīng)力腐蝕（Sulfide Stress Corrosion Cracking，SSCC或SSC）是應(yīng)力腐蝕（SCC）中的一個(gè)特殊類型，但與通常所說(shuō)的應(yīng)力腐蝕有所區(qū)別，在通常所說(shuō)的應(yīng)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。目前SSC機(jī)理尚未被完全揭示，但目前大多數(shù)學(xué)者傾向于這種開裂是由氫導(dǎo)致，并且硫離子或硫化氫對(duì)氫向材質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散有一定的促進(jìn)作用。在石油、天然氣（尤其是天然氣）長(zhǎng)輸管道中，高壓高強(qiáng)度管道的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂會(huì)引發(fā)重大的安全事故，因此需要評(píng)價(jià)管線鋼的抗SSC性能，保證管道的安全。

硫化氫腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有：

NACE TM 0177-2016：金屬在H2S環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開裂和應(yīng)力腐蝕。

NACE MR 0175-2009：石油和天然氣工業(yè) 油、氣生產(chǎn)中含硫化氫(H2S)環(huán)境下使用的材料 耐裂化材料選擇的一般原則。

GB/T4157-2006：金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開裂實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

ISO 15156-1-2009：石油和天然氣工業(yè) 油、氣生產(chǎn)中含硫化氫(H2S)環(huán)境下使用的材料 耐裂化材料選擇的一般原則。

SY/T 0599-2006：天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力開裂和抗應(yīng)力腐蝕開裂的金屬材料要求。

金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)方法 GB/T 4157–84

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在含有硫化氫的酸性水溶液中，對(duì)承受拉伸應(yīng)力的金屬進(jìn)行抗開裂破壞性能的試驗(yàn)。

1 原理

1．1硫化物應(yīng)力腐蝕開裂是金屬在硫化物環(huán)境中的腐蝕和拉伸應(yīng)力(甚至遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力)的聯(lián)合作用下，所發(fā)生的延遲脆性斷裂現(xiàn)象。

1．2通常認(rèn)為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂破壞是氫脆引起的。當(dāng)氫原子在金屬表面上陰極釋放時(shí)(例如因腐蝕或陰極充氫，由于硫化氫(或少許其他含有氰化物和磷、砷等化合物)的存在抑制了氫原子向高的三軸拉伸應(yīng)力區(qū)域或某些微觀組織結(jié)構(gòu)的區(qū)域擴(kuò)散，并在這些區(qū)域被捕集，從而增加了金屬的脆性。

1．3本試驗(yàn)方法是在常溫常壓下，將承受拉伸應(yīng)力的試樣浸在經(jīng)酸化并以硫化氫飽和的氯化鈉水溶液中，為獲得硫化物應(yīng)力腐蝕開裂數(shù)據(jù)，將外加應(yīng)力加到屈服強(qiáng)度的一系列百分?jǐn)?shù)，測(cè)定試樣的斷裂時(shí)間，直至720h試樣不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力為止。

2 試樣

2．1樣壞要求：管材取縱向；板材取橫向；取樣部位按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議執(zhí)行，但應(yīng)加以注明。

2．2應(yīng)力腐蝕拉伸試樣

2．2．1應(yīng)力腐蝕拉伸試樣見(jiàn)圖1。標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸為直徑D=6.4±0.1mm，標(biāo)距G=25±0.5mm，過(guò)渡圓弧半徑R=7.0mm。

硫化氫腐蝕試驗(yàn)

非標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸為直徑D=2.5±0.05mm，標(biāo)距G=25±0.5mm，過(guò)渡圓弧半徑R=7.0mm。

注：在試驗(yàn)材料不滿足標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸時(shí)，可以采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但必須加以注明。

2．2．2試樣頭部與試樣工作段的不同心度不大于0.03mm。

2．2．3為了適應(yīng)與加載夾具的連接及容器的密封，試樣兩端必須足夠長(zhǎng)。

2．2．4試樣在機(jī)加工時(shí)，必須避免試樣工作段過(guò)熱和冷作硬化，最后兩道切削量要小于0.05mm。

2．2．5要求試樣表面光潔度不低于▽8。

2．3試樣的清洗

2．3．1采用四氯乙烯或同類溶劑清除試樣上的油污，用丙酮沖洗，放入干燥器內(nèi)，直至使用時(shí)才取出。

2．3．2必須用于凈的鑷子或手套來(lái)拿取已經(jīng)清洗過(guò)的試樣。絕不能用手直接接觸清潔的試樣。

2．4試樣材料的力學(xué)性能

2．4．1按GB228–76《金屬拉力試驗(yàn)法》規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率。拉伸試樣和應(yīng)力腐蝕試樣應(yīng)取自材料的相鄰部位。

2．4．2除2．4．1規(guī)定的數(shù)據(jù)外，對(duì)化學(xué)成分、熱處理制度、材料原始尺寸、取樣部位和機(jī)加工工藝(例如冷變形量或預(yù)應(yīng)變)等方面的全部有關(guān)數(shù)據(jù)，均應(yīng)在報(bào)告中注明。

2．4．3同一化學(xué)成分而不同熱處理制度、不同微觀組織的材料應(yīng)該當(dāng)作不同材料處理。

3 試驗(yàn)設(shè)備

3．1拉伸試驗(yàn)應(yīng)采用恒載荷設(shè)備或持久載荷設(shè)備來(lái)進(jìn)行。

3．1．1靜重力試驗(yàn)機(jī)或在液壓室內(nèi)能保持恒定壓力的液壓裝置都可用于恒載荷試驗(yàn)。

3．1．2持久載荷試驗(yàn)可用彈簧式裝置和試驗(yàn)環(huán)進(jìn)行，要求夾具或試樣的松弛所引起的載荷降低減少到最小的程度。

3．2必須保證試樣與任何接觸試驗(yàn)溶液的其他金屬電絕緣。

3．3試樣周圍的密封必須是電絕緣和氣密的，但要求在試樣位移時(shí)，密封所產(chǎn)生的摩擦力小得可以忽略不計(jì)。

3．4如果需要將整套試驗(yàn)裝置浸在試驗(yàn)溶液中，則試樣與加載夾具以及其他金屬部分必須電絕緣，并選用對(duì)硫化物應(yīng)力開裂不敏感的材料做夾具。對(duì)開裂敏感的夾具必須用不傳導(dǎo)和不滲透的涂層徹底涂覆。

3．5試驗(yàn)容器

3．5．1試驗(yàn)容器的尺寸和形狀取決于實(shí)際試驗(yàn)機(jī)的加力裝置。

3．5．2在試驗(yàn)開始前應(yīng)排除容器中的氧，并在試驗(yàn)容器期間保證空氣不進(jìn)入容器，在硫化氧的流出線上裝一個(gè)小型出口捕集器，并在試驗(yàn)容器內(nèi)保持正壓力，以防止氧通過(guò)小漏隙或從排氣管線擴(kuò)散進(jìn)入容器。

3．5．3在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于乙酸的消耗，pH值隨時(shí)間而增大，為了使pH值增大速度相對(duì)穩(wěn)定，試驗(yàn)容器的體積應(yīng)能保持每平方厘米試樣面積有20～100ml溶液。

3．5．4容器和夾具材料應(yīng)基本是惰性的。

4 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)步驟

4．1試劑

4．1．1試劑純度

4．1．1．1硫化氫、氯化鈉、乙酸均采用化學(xué)純等級(jí)的化學(xué)藥品。

4．1．1．2應(yīng)采用蒸鎦水或去離子水。

4．1．2溶液制備

4．1．2．1將50g氯化鈉和5g冰乙酸溶解于945g水中，初始酸度值應(yīng)接近pH等于3，試驗(yàn)期間pH可能增加，但不超過(guò)4.5。

4．2試驗(yàn)溶液的溫度應(yīng)保持在24±3℃。

4．3試驗(yàn)步驟

4．3．1試樣加載和試驗(yàn)開始

4．3．1．1試驗(yàn)順序

a．將清洗過(guò)的試樣放進(jìn)容器中，并接好必要的密封裝置，然后用惰性氣體凈化試驗(yàn)容器。

b．試驗(yàn)容器凈化后，小心加載，不得超過(guò)既定的加載水平。

c．立即將脫除空氣的溶液注入試驗(yàn)容器，然后以100～200ml／min流速通人硫化氫，約10～15min，使溶液為硫化氫所飽和，并記錄試驗(yàn)開始時(shí)間。

d．在試驗(yàn)期間必須保持硫化氫繼續(xù)流通，以每分鐘幾個(gè)氣泡的速度通過(guò)試驗(yàn)容器和出口捕集器，這樣既保持了硫化氫濃度又保持了一個(gè)小的正壓，從而防止空氣通過(guò)漏隙進(jìn)入試驗(yàn)容器。

e．在試驗(yàn)?zāi)承└吆辖鹉臀g材料時(shí)，為了防止重新形成保護(hù)膜，有必要把加載順序改變?yōu)閍．c．b(如果按此順序進(jìn)行試驗(yàn)，則應(yīng)在報(bào)告中注明)。

4．3．2破壞的檢測(cè)

4．3．2．1用電記時(shí)器和微動(dòng)開關(guān)記錄斷裂時(shí)間。

4．3．2．2可將拉伸試樣加載到屈服強(qiáng)度的一系列百分?jǐn)?shù)增量。

4．3．2．3為了嚴(yán)格地確定破壞和不破壞的應(yīng)力，應(yīng)追加試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

硫化氫腐蝕試樣要求

>>拉伸法：試樣長(zhǎng)度≥100mm，工作段應(yīng)長(zhǎng)25.4mm，直徑6.35±0.13mm。每組三個(gè)試樣

>>彎梁法：美標(biāo)（三點(diǎn)彎）：67.3mm*4.57mm*1.52mm 國(guó)標(biāo)（兩點(diǎn)）：寬15-25mm，長(zhǎng)110mm-255mm，厚度要求0.8-1.8mm

>>C型法：外徑≥15.9mm 國(guó)標(biāo)：外徑≥15mm具體參照?qǐng)D紙

>>雙懸臂梁： 常規(guī)樣品≥101.6*25.4*9.35mm；薄樣品T≥4.76mm

>>四點(diǎn)彎：長(zhǎng)110mm-250mm，寬15mm-50mm，厚度客供（如5mm）

涉及測(cè)試：SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)