SSC硫化物應力腐蝕試驗

SSC硫化物應力腐蝕(Sulfide Stress CorrosionCracking，SSCC或SSC）是應力腐蝕（SCC）中的一個特殊類型，但與通常所說的應力腐蝕有所區(qū)別，在通常所說的應力腐蝕中，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)學者傾向于這種開裂是由氫導致，并且硫離子或硫化氫對氫向材質(zhì)內(nèi)的擴散有一定的促進作用。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。

 

SSC硫化物應力腐蝕一般認為有陽極溶解和氫致開裂兩種。裂縫形態(tài)則一般有沿晶界發(fā)展的晶間型(如黃銅的“季裂”)和貫穿晶粒的穿晶型 (如不銹鋼的堿脆)兩種。

防止硫化物應力腐蝕的措施：

1.合理設計零件和構件，減少應力集中，盡可能減小或消除一切應力；2.改善腐蝕環(huán)境，如在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑，改變介質(zhì)的腐蝕性；3避免使用對應力腐蝕敏感的材料,可以采用抗應力腐蝕開裂的不銹鋼系列,如高鎳奧氏體鋼、高純奧氏體鋼、超純高鉻鐵素體鋼等；

4.采用金屬或非金屬保護層或者陰極保護等。

SSC硫化氫腐蝕試驗標準

SSC硫化物應力腐蝕測試標準有：

石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料第1部分:選擇抗裂紋材料的一般原則 GB/T 20972.1-2007

石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料第2部分:抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵 GB/T 20972.2-2008

石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料第3部分:抗開裂耐蝕合金和其他合金 GB/T 20972.3-2008

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 GB/T4157-2017

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ISO

石油、石化和天然氣工業(yè).油、氣生產(chǎn)中含硫化氫(H2S)環(huán)境下使用的材料.耐裂化碳和低合金鋼及鑄鐵的使用ISO

石油、石化和天然氣工業(yè).油、氣生產(chǎn)中含硫化氫(H2S)環(huán)境下使用的材料.耐裂化CRAs(耐腐蝕合金)和其他合金ISO

金屬在硫化氫(H2S)環(huán)境下耐特殊環(huán)境開裂的實驗室測試 NACETM0177-2016

油氣產(chǎn)品內(nèi)含硫化氫(H2S)環(huán)境中使用的材料 NACEMR0175-2015

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第1部分:試驗方法總則 GB/T

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 GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第3部分:U型彎曲試樣的制備和應用 GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第4部分:單軸加載拉伸試樣的制備和應用 GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第5部分:C型環(huán)試樣的制備和應用 GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第6部分:恒載荷或恒位移下預裂紋試樣的制備和應用 GB/T

金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗. 第7部分:慢應變速率試驗GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第8部分:焊接試樣的制備和應用 GB/T

金屬和合金的腐蝕 應力腐蝕試驗第9部分:漸增式載荷或漸增式位移下的預裂紋試樣的制備和應用 GB/T

不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法 YB/T5362-2006

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.第1部分:試驗程序的通用指南 ISO7539-1-2012

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.第2部分:彎曲梁試樣的制備和使用 ISO7539-2-1989

金屬和合金的耐腐蝕性.應力腐蝕試驗.第3部分:U型彎曲試樣的制備和使用 ISO7539-3-1990

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.第4部分:軸向載荷拉伸試樣的制備和使用 ISO7539-4-1990

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.第5部分:C-環(huán)形試樣的制備和使用 ISO7539-5-1990

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.恒定負荷或恒定位移條件下試驗用預破裂試樣的制備和使用ISO 7539-6-2011

金屬與合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.慢速率應力試驗方法 ISO7539-7-2005

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.評價焊件的標本制備及使用 ISO7539-8-2000

金屬和合金的腐蝕.應力腐蝕試驗.在不斷增加負載和不斷位移下預裂紋式樣的制備和使用 ISO7539-9-2003

曲梁應力腐蝕試樣制備和使用的標準實施規(guī)程 ASTMG39-99(2016)

制作和使用U形彎曲應力腐蝕的標準作法 ASTMG30-97(2016)

直接拉伸應力腐蝕試樣的制備和使用的標準操作規(guī)程 ASTMG49-85(2011)

制作和使用C環(huán)應力腐蝕試樣的標準實施規(guī)程 ASTMG38-01(2013)

焊件的應力腐蝕試樣的制備標準操作規(guī)程 ASTMG58-85(2015)

制作和使用裂縫前雙束應力腐蝕樣品的標準實施規(guī)程 ASTMG168-17

評估在沸騰的氯化鎂溶液中金屬及合金的抗應力-腐蝕-斷裂性的標準實施規(guī)程 ASTMG36-94(2013)

沸騰酸化氯化鈉溶液中不同鎳含量不銹鋼合金應力腐蝕裂紋評估的標準試驗方法 ASTMG123-2000(2015)

測定不銹鋼及有關鎳鉻鐵合金在連多硫酸中應力腐蝕斷裂靈敏性的標準操作規(guī)程 ASTMG35-1998(2015)

測定金屬暴露在熱鹽環(huán)境應力條件下裂紋敏感性的標準實施規(guī)程 ASTMG41-1990(2013)

評估金屬材料對環(huán)境協(xié)助開裂敏感性的慢應變速率試驗的標準實施規(guī)程 ASTMG129-2000(2013)

測定金屬在氫氣中(包括高壓,高溫或高壓高溫條件下)脆性敏感度的標準試驗方法 ASTMG)

 

金屬抗硫化物應力腐蝕開裂恒負荷拉伸試驗方法 GB/T 4157-84:

本標準規(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，對承受拉伸應力的金屬進行抗開裂破壞性能的試驗。

1 原理

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

1．2通常認為硫化物應力腐蝕開裂破壞是氫脆引起的。當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力區(qū)域或某些微觀組織結構的區(qū)域擴散，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，為獲得硫化物應力腐蝕開裂數(shù)據(jù)，將外加應力加到屈服強度的一系列百分數(shù)，測定試樣的斷裂時間，直至720h試樣不發(fā)生斷裂的大應力為止。

2 試樣

2．1樣壞要求：管材取縱向；板材取橫向；取樣部位按有關標準和協(xié)議執(zhí)行，但應加以注明。

2．2應力腐蝕拉伸試樣

2．2．1應力腐蝕拉伸試樣見圖1。標準試樣尺寸為直徑D=6.4&±0.1mm，標距G=25±0.5mm，過渡圓弧半徑R=7.0mm。

非標準試樣尺寸為直徑D=2.5±0.05mm，標距G=25±0.5mm，過渡圓弧半徑R=7.0mm。

注：在試驗材料不滿足標準試樣尺寸時，可以采用非標準試樣，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，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試樣材料的力學性能

2．4．1按GB228—76《金屬拉力試驗法》規(guī)定進行拉伸試驗，測定材料的屈服強度、抗拉強度、延伸率和斷面收縮率。拉伸試樣和應力腐蝕試樣應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(例如冷變形量或預應變)等方面的全部有關數(shù)據(jù)，均應在報告中注明。

2．4．3同一化學成分而不同熱處理制度、不同微觀組織的材料應該當作不同材料處理。

3 試驗設備

3．1拉伸試驗應采用恒載荷設備或持久載荷設備來進行。

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)進行，要求夾具或試樣的松弛所引起的載荷降低減少到小的程度。

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在試驗開始前應排除容器中的氧，并在試驗容器期間保證空氣不進入容器，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散進入容器。

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、乙酸均采用化學純等級的化學藥品。

4．1．1．2應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入試驗容器。

e．在試驗某些高合金耐蝕材料時，為了防止重新形成保護膜，有必要把加載順序改變?yōu)閍．c．b(如果按此順序進行試驗，則應在報告中注明)。

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數(shù)增量。

4．3．2．3為了嚴格地確定破壞和不破壞的應力，應追加試樣進行試驗。

硫化氫腐蝕試樣要求

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

>>彎梁法：美標（三點彎）：67.3mm*4.57mm*1.52mm國標（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：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≥4.76mm

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

涉及測試：SSC硫化物應力腐蝕試驗  金屬應力腐蝕試驗    沸騰氯化鎂應力試驗