ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗

ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗

硫化物應(yīng)力腐蝕（Sulfide Stress Corrosion Cracking，SSCC或SSC）是應(yīng)力腐蝕（SCC）中的一個特殊類型，但與通常所說的應(yīng)力腐蝕有所區(qū)別，在通常所說的應(yīng)力腐蝕中，環(huán)境所起的作用是以陽極溶解為主，而SSC則是以陰極充氫為主。目前SSC機理尚未被完全揭示，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）長輸管道中，高壓高強度管道的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂會引發(fā)重大的安全事故，因此需要評價管線鋼的抗SSC性能，保證管道的安全。

硫化氫腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)

SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕測試標(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)境開裂實驗室試驗。

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)荷拉伸試驗方法 GB/T 4157–84

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

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(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)力加到屈服強度的一系列百分?jǐn)?shù)，測定試樣的斷裂時間，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，過渡圓弧半徑R=7.0mm。

硫化氫腐蝕試驗

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

注：在試驗材料不滿足標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸時，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。

2．2．4試樣在機加工時，必須避免試樣工作段過熱和冷作硬化，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)，直至使用時才取出。

2．3．2必須用于凈的鑷子或手套來拿取已經(jīng)清洗過的試樣。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《金屬拉力試驗法》規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗，測定材料的屈服強度、抗拉強度、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，對化學(xué)成分、熱處理制度、材料原始尺寸、取樣部位和機加工工藝(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 試驗設(shè)備

3．1拉伸試驗應(yīng)采用恒載荷設(shè)備或持久載荷設(shè)備來進(jìn)行。

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

3．1．2持久載荷試驗可用彈簧式裝置和試驗環(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，密封所產(chǎn)生的摩擦力小得可以忽略不計。

3．4如果需要將整套試驗裝置浸在試驗溶液中，則試樣與加載夾具以及其他金屬部分必須電絕緣，并選用對硫化物應(yīng)力開裂不敏感的材料做夾具。對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試驗容器

3．5．1試驗容器的尺寸和形狀取決于實際試驗機的加力裝置。

3．5．2在試驗開始前應(yīng)排除容器中的氧，并在試驗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小型出口捕集器，并在試驗容器內(nèi)保持正壓力，以防止氧通過小漏隙或從排氣管線擴(kuò)散進(jìn)入容器。

3．5．3在實驗過程中，由于乙酸的消耗，pH值隨時間而增大，為了使pH值增大速度相對穩(wěn)定，試驗容器的體積應(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 試驗條件及試驗步驟

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，試驗期間pH可能增加，但不超過4.5。

4．2試驗溶液的溫度應(yīng)保持在24±3℃。

4．3試驗步驟

4．3．1試樣加載和試驗開始

4．3．1．1試驗順序

a．將清洗過的試樣放進(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容器。

b．試驗容器凈化后，小心加載，不得超過既定的加載水平。

c．立即將脫除空氣的溶液注入試驗容器，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，并記錄試驗開始時間。

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

e．在試驗?zāi)承└吆辖鹉臀g材料時，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，則應(yīng)在報告中注明)。

4．3．2破壞的檢測

4．3．2．1用電記時器和微動開關(guān)記錄斷裂時間。

4．3．2．2可將拉伸試樣加載到屈服強度的一系列百分?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。

硫化氫腐蝕試樣要求

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

>>彎梁法：美標(biāo)（三點彎）：67.3mm*4.57mm*1.52mm 國標(biāo)（兩點）：寬15-25mm，長110mm-255mm，厚度要求0.8-1.8mm

>>C型法：外徑≥15.9mm 國標(biāo)：外徑≥15mm具體參照圖紙

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

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

涉及測試：SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗