如何進(jìn)行金屬材料的應(yīng)力腐蝕和scc應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂測(cè)試

如何進(jìn)行金屬材料的應(yīng)力腐蝕和scc應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂測(cè)試

應(yīng)力腐蝕作為引發(fā)構(gòu)件失效的主要原因之一，無(wú)明顯征兆，卻往往給工程帶來(lái)災(zāi)難性損失。因此非常有必要對(duì)可能在相關(guān)環(huán)境下工作的材料進(jìn)行應(yīng)力腐蝕性能試驗(yàn)，并以其試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以作為該材料在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和投入使用前應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)的參考。

SCC：應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，是在有水和H2S存在的情況下，與局部腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程和拉應(yīng)力相關(guān)的一種金屬開(kāi)裂，是應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用下引起的金屬斷裂現(xiàn)象。機(jī)械設(shè)備/零件在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，將出現(xiàn)低于材料極限強(qiáng)度的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備和零件失效，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)。

SCC： Sulfide stress cracking 硫化物應(yīng)力開(kāi)裂試驗(yàn)，也叫硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)，在有水的H2S存在的情況下，與腐蝕和拉應(yīng)力有關(guān)的一種金屬開(kāi)裂。

一、什么是應(yīng)力

應(yīng)力是物體由于外因(受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間用以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置而產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。同截面垂直的稱(chēng)為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱(chēng)為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。

二、什么是應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是指材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象，即由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過(guò)程。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致材料的斷裂稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕斷裂。

應(yīng)力腐蝕一般認(rèn)為有陽(yáng)極溶解和氫致開(kāi)裂兩種。常見(jiàn)應(yīng)力腐蝕的機(jī)理是:零件或構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下，表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞，破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極處的金屬成為離子而被溶解，產(chǎn)生電流流向陰極。由于陽(yáng)極面積比陰極的小得多，陽(yáng)極的電流密度很大，進(jìn)一步腐蝕已破壞的表面，再加上拉應(yīng)力的作用，破壞處逐漸形成裂紋，裂紋隨時(shí)間逐漸擴(kuò)展直到斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發(fā)展，而且還能穿過(guò)晶粒發(fā)展。

ssc腐蝕應(yīng)力環(huán)

三、應(yīng)力腐蝕性能檢驗(yàn)

應(yīng)力腐蝕作為引發(fā)構(gòu)件失效的主要原因之一，無(wú)明顯征兆，卻往往給工程帶來(lái)災(zāi)難性損失。因此非常有必要對(duì)可能在相關(guān)環(huán)境下工作的材料進(jìn)行應(yīng)力腐蝕性能試驗(yàn)，并以其試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以作為該材料在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和投入使用前應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)的參考。

目前國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)金屬材料應(yīng)力腐蝕是《BS EN ISO 7539 Corrosion of Metals and Alloys－Stress Corrosion Testing》合訂本，我國(guó)GB/T 15970《金屬和合金的腐蝕-應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)》則等同采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中給出了多種應(yīng)力腐蝕評(píng)價(jià)方法，歸納起來(lái)主要有3種試樣類(lèi)型和3種加載形式：試樣類(lèi)型即光滑試樣、帶缺口試樣和預(yù)制裂紋試樣；加載形式即恒位移、恒載荷和慢應(yīng)變速率。

四、SCC試驗(yàn)(模擬工況)

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：NACE TM0177-2016；試樣類(lèi)型：按照ISO7539-2標(biāo)準(zhǔn)采用四點(diǎn)彎曲試件；試驗(yàn)溶液：模擬現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)溶液(初始PH=3~4);試驗(yàn)加載應(yīng)力：=80%AYS(實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度);HS分壓：3.4MPa；CO2分壓：2.4MPa；試驗(yàn)溫度：30℃；試驗(yàn)頻次：僅在制造工藝驗(yàn)證時(shí);試驗(yàn)持繼續(xù)時(shí)間：720h；驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：試件的受拉伸面在低倍顯微鏡下放大10倍檢查，試件受拉伸面無(wú)可見(jiàn)SSC裂紋;試驗(yàn)報(bào)告：試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)注明試驗(yàn)前后溶液的PH值。

應(yīng)力腐蝕測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

NACE TM 0177-2005：金屬在H2S環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕

GB/T4157-2006金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開(kāi)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(kāi)裂和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的金屬材料要求

涉及測(cè)試：scc測(cè)試    ssc測(cè)試