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項(xiàng)目名稱

SSCC硫化物應(yīng)力腐蝕

檢測(cè)目的

金屬在含硫化氫的酸性水

溶液中的抗破壞性能

檢測(cè)范圍

石油管道，法蘭，閥門，

自動(dòng)儀表，鍋爐，液化

氣罐等壓力容器，金屬

等制品

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

SSCC是指受拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在硫化物介質(zhì)中，由于介質(zhì)與應(yīng)力的耦合作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。SSC全稱是Sulfide Stress Cracking，中文名稱是硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(Sulfide Stress Corrosion Cracking，簡(jiǎn)寫SSCC或SSC)，按標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0177-2005進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。SSC測(cè)試主要采用恒負(fù)荷應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)(A法)和三點(diǎn)彎曲法測(cè)試實(shí)驗(yàn)(B法)。

在酸性環(huán)境中，硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)是破壞性和危害性最大的一種腐蝕形式，受到國(guó)內(nèi)外專家的普遍關(guān)注。SSCC是在外加應(yīng)力和腐蝕環(huán)境雙重作用下發(fā)生的破壞，其產(chǎn)生有3個(gè)必要條件：敏感的材料、酸性環(huán)境和拉伸應(yīng)力。SSCC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SSCC則是以陰極充氫為主，雖然SSCC機(jī)理尚未被完全揭示，但目前大多數(shù)學(xué)者傾向于把這種開(kāi)裂解釋為氫脆破裂。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂無(wú)明顯的征兆，因此易對(duì)長(zhǎng)輸管道(尤其是天然氣管道)造成災(zāi)難性的后果。

項(xiàng)目機(jī)理

目前，關(guān)于SSCC的機(jī)理研究主要有氫脆理論，認(rèn)為腐蝕的陰極反應(yīng)產(chǎn)生氫，氫原子進(jìn)入金屬內(nèi)部，并擴(kuò)散到裂縫尖端，使這一區(qū)域變脆，在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生脆斷。氫在應(yīng)力腐蝕中起著主要作用，但是關(guān)于氫如何引起脆斷的看法各有不同：有些學(xué)者認(rèn)為氫降低了裂紋前緣原子鍵結(jié)合能；有些學(xué)者認(rèn)為吸附氫的作用使表面能下降；還有些學(xué)者則認(rèn)為氫氣造成高的內(nèi)壓，促進(jìn)位錯(cuò)活動(dòng)等等。

近年來(lái)，隨著應(yīng)力作用下的腐蝕斷裂研究不斷深入，把陽(yáng)極溶解和氫擴(kuò)散致脆的過(guò)程結(jié)合起來(lái)，可以較好地分析一些腐蝕斷裂現(xiàn)象。一般認(rèn)為，氫在應(yīng)力腐蝕中的作用應(yīng)根據(jù)具體情況而定：在有些腐蝕體系中以氫脆為主，另外一些腐蝕體系中則以陽(yáng)極溶解為主。高強(qiáng)鋼中硫化物引起的金屬破裂被認(rèn)為是氫脆所致，氫是應(yīng)力腐蝕斷裂的重要因素，但在低強(qiáng)度鋼中，氫不是應(yīng)力腐蝕斷裂的主要因素。

關(guān)于H2S促進(jìn)滲氫過(guò)程的機(jī)理目前有不少假說(shuō)，但真正的試驗(yàn)依據(jù)還不多。有些學(xué)者認(rèn)為H2S的存在使Fe-H鍵能降低，氫原子很容易從金屬表面轉(zhuǎn)移到深處；有些學(xué)者認(rèn)為，由于S-H鍵的強(qiáng)度比Fe-H鍵弱，在H2S溶液中，H2S中的氫比吸附到金屬表面的原子氫更容易離解而進(jìn)入金屬內(nèi)部；有些學(xué)者認(rèn)為吸附在金屬表面上的H2S分子破裂形成了新的氫原子，即H2S+2e→2H吸附+S2，導(dǎo)致金屬表面的氫濃度升高；有些學(xué)者認(rèn)為H2S起催化劑的作用；還有些學(xué)者認(rèn)為，溶解而未電離的H2S分子促進(jìn)了氫脆，它吸附在鋼材的表面，對(duì)質(zhì)子放電起橋式配位體作用，從而加速放電反應(yīng)，并使氫進(jìn)入鋼中。上述研究都提供了H2S加速滲氫過(guò)程的依據(jù)，說(shuō)明了H2S引起的應(yīng)力腐蝕破裂本身受擴(kuò)散過(guò)程控制，其中點(diǎn)陣擴(kuò)散是這類脆斷的主要控制因素。高強(qiáng)鋼在酸性H2S環(huán)境中容易產(chǎn)生破裂，就是因?yàn)镠2S促進(jìn)了因腐蝕產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散到裂紋前緣的金屬內(nèi)部，使氫脆更快發(fā)生。從微觀角度分析，腐蝕所引起的內(nèi)部氫脆，要經(jīng)歷氫原子的化學(xué)吸附→溶解(吸附)→點(diǎn)陣擴(kuò)散→形成氫化物→裂紋或氣泡4個(gè)階段。

試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)方案	試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)	樣品要求	備注
A法-標(biāo)準(zhǔn)拉伸	NACE TM0177-2005 GB/T4157-2006 ASTM G39-99 ISO 7539-2011 模擬工況試驗(yàn)	另提供圖紙	溫度：25±3°C 受力：屈服強(qiáng)度80%或用戶自定試驗(yàn)介質(zhì) ：溶液A：氯化納5%、冰乙酸0.5%、飽和硫化氫溶液溶液B：氯化納5%、冰乙酸0.23%、乙酸鈉0.4%、飽和硫化氫溶液評(píng)定：斷裂及裂紋
B法-標(biāo)準(zhǔn)彎曲		美標(biāo)（三點(diǎn)彎）：67.3mm4.57mm1.52mm 國(guó)標(biāo)（兩點(diǎn)）：寬15-25mm，長(zhǎng)110mm-255mm，大加載應(yīng)力（200MPa以上）試樣，厚度要求0.8-1.8mm
C法-C形環(huán)		美標(biāo)：外徑≥15.9mm 國(guó)標(biāo)：外徑≥15mm具體參照?qǐng)D紙
D法-標(biāo)準(zhǔn)雙懸臂梁		中美標(biāo)：110mm30mm10mm
四點(diǎn)彎曲法		長(zhǎng)110mm-250mm，寬15mm-50mm，厚度客供
GHSC硫化氫電偶腐蝕	NACE TM0177-2005	參考硫化氫試驗(yàn)條件	GHSC試驗(yàn)應(yīng)按上述對(duì)SSC試驗(yàn)規(guī)定的要求進(jìn)行，并滿足下列附加的要求、選擇和說(shuō)明。 a)CRA試樣與完全浸入試驗(yàn)溶液的非合金鋼（即碳鋼）形成電偶。按NACE TM0177-1996的要求，非合金鋼的面積與浸濕的CRA試樣的面積的面積比在應(yīng)在0.5~1之間。加載夾具與試樣和耦合的碳鋼之間應(yīng)電絕緣。對(duì)于特定應(yīng)用的評(píng)定，CRA可以與在使用中將與之耦合的，低合金材料的試樣耦合。 b)試驗(yàn)環(huán)境為NACE TM0177-1996的A溶液，其H2S分壓為0.1MPa,溫度為24℃±3℃。對(duì)于特定應(yīng)用的評(píng)定，可采用E2.5中所述的SSC試驗(yàn)環(huán)境。