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NACETM0103-2003濕H2S用鋼板耐SOHIC性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)程序標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

發(fā)布日期：2023-12-21
NACETM0103-2003濕H2S用鋼板耐SOHIC性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)程序標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
1.1本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了用SOHIC現(xiàn)象評(píng)估碳鋼在硫化氫( H2S )水環(huán)境中開裂敏感性的試驗(yàn)。這些環(huán)境中的開裂試驗(yàn)通常在開裂敏感性較高的室溫下進(jìn)行。但是, 也可能存在其他情況, 從腐蝕、氫滲透和開裂嚴(yán)重程度的角度來看,這些情況可能比室溫試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的情況更嚴(yán)重或更不嚴(yán)重。
1.2本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于SOHIC的NACE標(biāo)準(zhǔn)雙光束(DB)試驗(yàn)的試劑、試樣、試驗(yàn)裝置、基材和試樣特性、試驗(yàn)溶液、試驗(yàn)程序和試樣評(píng)定程序。1~9節(jié)涵蓋了DB試驗(yàn),重點(diǎn)是評(píng)估材料在存在拉應(yīng)力和用于引發(fā)開裂的應(yīng)力集中器的情況下的抗貫穿裂紋性能。第10節(jié)給出了使用現(xiàn)有NACE標(biāo)準(zhǔn)TM0177方法A (拉伸試驗(yàn))的替代SOHIC試驗(yàn)程序。本節(jié)提供了TM0177方法的附加要求,當(dāng)需要失效時(shí)間數(shù)據(jù)或臨界應(yīng)力方法時(shí),評(píng)估SOHIC的程序。附錄A至D中
給出了在SOHIC碳鋼和焊接件試驗(yàn)中可能有用的其他推薦和可選程序及相關(guān)信息。
DB試驗(yàn)為在可能導(dǎo)致鋼板SOHIC的拉伸應(yīng)力條件下評(píng)估碳鋼的貫穿厚度內(nèi)部裂紋提供了依據(jù)。它采用四點(diǎn)彎曲的DB試樣。據(jù)觀察,當(dāng)拉伸應(yīng)力施加到試樣上時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)厚度增加的內(nèi)部裂紋(由于SOHIC 的存在b更具體地說,即使暴露在相同環(huán)境中的無應(yīng)力試樣未出現(xiàn)裂紋,
應(yīng)力試樣也可能出現(xiàn)裂紋。
試驗(yàn)程序總結(jié)如下:應(yīng)力DB試樣在環(huán)境壓力和溫度下浸入飽和H2S的水溶液中。試驗(yàn)溶液可以選擇在鋼中產(chǎn)生中到高水平的電解充氫條件這可能在易受影響的鋼中產(chǎn)生嚴(yán)重程度中到高的開裂。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溶液是酸性的。然而, 附錄A中描述了- -種可選的含堿性氰化物的試驗(yàn)溶液,該溶液已被證明能產(chǎn)生鋼的顯著充氫和易受影響鋼的內(nèi)部開裂。通常沒有必要模擬使用環(huán)境的實(shí)際情況，而是選擇-種測(cè)試溶液,該測(cè)試溶液會(huì)導(dǎo)致氫氣充注的嚴(yán)重程度適合所考慮的評(píng)估。
本文給出了在DB試樣拉伸表面上的槽下測(cè)量貫穿開裂程度的程序。還提供了可用于進(jìn)一步表征和分析可能與HIC和/或SOHIC有關(guān)的內(nèi)部裂紋位置和程度的可選方法。這些試驗(yàn)方法可以擴(kuò)展到高溫和高壓;但是,這超出了本標(biāo)準(zhǔn)的范圍。
1.3下列術(shù)語、定義和描述有助于區(qū)分充氫條件下鋼中可能出現(xiàn)的各種形式的內(nèi)部裂紋:
1.3.1硫化物應(yīng)力開裂( SSC)一在水和H2S (氫應(yīng)力開裂的一種形式[IHSC] )存在下,在拉伸.應(yīng)力和腐蝕共同作用下的金屬開裂。
鋼被硫化氫腐蝕,在金屬表面釋放出原子氫。硫化氫還毒害原子氫合成分子氫,從而促進(jìn)鋼對(duì)原子氫的吸收。原子氫隨后擴(kuò)散到鋼中,并傾向于在高金屬硬度和高拉伸應(yīng)力(無論是施加的還是殘余的)區(qū)域積聚,使鋼脆化。因此,SSC機(jī)制涉及氫脆。低強(qiáng)度鋼的開裂模式主要是穿晶的,但在局部硬區(qū)和高強(qiáng)度鋼(即馬氏體或貝氏體)中可以是混合模式甚至是沿晶的。
1.3.2氫致開裂(HIC )-連接 金屬不同平面.上相鄰氫泡或金屬表面的分步內(nèi)部裂紋(也稱為分步開裂）HIC的形成不需要外加應(yīng)力。裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力是氣泡周圍因氣泡內(nèi)部壓力積聚而產(chǎn)生的高應(yīng)力。
這些高應(yīng)力場(chǎng)之間的相互作用往往會(huì)導(dǎo)致在不同平面上形成連接氣泡的裂紋。鋼中氣泡在不同平面上的連接被稱為逐步開裂,以表征裂紋外觀的性質(zhì)。
1.3.3應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂( SOHIC )- - -組由氫致開裂連接的小氣泡,由于高局部拉應(yīng)力,這些
氣泡沿鋼的厚度方向排列。
SOHIC是一種特殊形式的HIC ,通常發(fā)生在母材中,靠近焊接熱影響區(qū),焊接殘余應(yīng)力高。它也可能發(fā)生在其他高應(yīng)力點(diǎn),如其他環(huán)境裂紋的尖端(例如,SSC)或幾何異常(例如,在焊趾處》在典型的壓力容器焊接件上,小氣泡的近垂直堆積和連接裂紋的方向與拉伸應(yīng)力垂直,所以它們的方向是貫穿厚度方向。
1.4許多因素可以確定鋼在含水含硫化氫環(huán)境中的開裂敏感性。通常認(rèn)為,在含水H2S環(huán)境中評(píng)估鋼開裂的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法是嚴(yán)格的。此外,由于許多原因,這些試驗(yàn)可能無法直接模擬濕硫化氫煉油廠服務(wù)中暴露條件的實(shí)際嚴(yán)重性。如本文所述的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)通常用于提供在受控條件下抗開裂材料的等級(jí),以評(píng)估成分、冶金和/或焊接參數(shù),并比較各種材料之間的敏感性。本試驗(yàn)方法的使用者有責(zé)任確定程序?qū)︻A(yù)期應(yīng)用的適用性,并建立適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)性能要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這些考慮不在本標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。
涉及含水H2S環(huán)境的試驗(yàn)方法也可能有許多加速試驗(yàn)常見的副作用。附錄A中給出了在含水H2S環(huán)境中評(píng)估鋼的試驗(yàn)方法選擇的-些相關(guān)方面。
1.5安全注意事項(xiàng):硫化氫和氰化鹽是劇毒化學(xué)品,必須小心處理。( 有關(guān)硫化氫氣體和含硫化氫及氰化物溶液的安全考慮和毒性的討論,見附錄B )本標(biāo)準(zhǔn)并非旨在解決與其使用相關(guān)的所有安全問題。使用者有責(zé)任確定和/或建立適當(dāng)?shù)陌踩绦蚝徒】祵?shí)踐,并在使用前確定任何政府
法規(guī)的適用性。
1.6標(biāo)準(zhǔn)化:對(duì)控制材料進(jìn)行定期試驗(yàn)時(shí),最好能發(fā)現(xiàn)與正確試驗(yàn)條件的某些無意偏差。對(duì)于該測(cè)試,應(yīng)使用本文給出的程序,從相對(duì)均勻且已知對(duì)SOHIC敏感的材料中制備試樣。這些標(biāo)準(zhǔn)化程序的使用和應(yīng)用應(yīng)由用戶決定。