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应力导向氢致开裂(SOHIC)试验小课堂 发布时间:2018-06-19   浏览量:4034次

1、什么是应力导向氢致开裂?

氢致开裂(HIC)英文全称是Hydrogen induced cracking。硫化氢是石油和天然气中最具腐蚀作用的有害介质之一,在天然气输送过程中,硫化氢对输送管线的应力腐蚀占很大比重。在湿硫化氢环境中使用时,能导致碳钢内部出现氢鼓泡(HB)、氢致开裂(HIC)和应力导向氢致开裂(SOHIC)。应力导向氢致开裂(SOHIC)试验是在硫化氢水溶液的环境下对碳钢进行开裂敏感性评价。湿硫化氢的腐蚀主要是由于电化学腐蚀和反应产生的氢原子扩散至钢中引起的。应力导向氢致开裂(SOHIC)常发生在焊接头的热影响区及高应力集中区,应力集中经常是由裂纹缺陷或应力腐蚀裂纹引起的。

应力导向氢致开裂试验的应用范围有石油相关设备、管道、阀门、法兰、压力容器、锻件、铸件等。焊接压力容器的碳钢板在湿硫化氢环境工作时,可能遭受一种或多种形式的环境开裂,这些开裂包括硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂、应力导向氢致开裂。对于具有很好的抗氢致开裂性能的钢,由于它们在冶炼过程及其形成的显微结构仍具有对应力导向氢致开裂的敏感性,可能需要进行应力导向氢致开裂试验。

2、应力导向氢致开裂的测试标准及测试要点总结

试验标准:NACE TM0103 评价在湿硫化氢环境下钢板的抗应力导向氢致开裂(SOHIC)性能的实验室试验方法

试验方法:双梁(DB)试验、NACE TM0177 A

试验溶液:A溶液,由5.0wt%的氯化钠(NaCl)和0.5wt%的冰醋酸(CH3COOH)溶解到蒸馏水或去离子水中构成,然后在100kPa (1atm) 下充入硫化氢气体至饱和,其初始pH应在2.70.1,在试验期间PH值不应超过4.0,溶液A可提供钢材评价需要的强充氢环境;

溶液B,由按照ASTM D 114117常备溶液No.1No.2 (不含重金属离子)制备的人造海水组成,然后在100kPa(1atm)充入硫化氢气体到饱和,其pH值应在4.8~5.4之间才有效,溶液B可提供对钢材评价需要的中等充氢环境

试样要求:标准试样的最小长度305mm,宽38mm,厚13mm,狭槽深度2mm,其曲率半径为0.13mm±0. 01mm,粗糙度0. 91um,定距栓直径13mm,定距栓距离51mm;小尺寸试样最小长度146mm, 25mm,厚度不小于4.6mm,狭槽深度2mm,其曲率半径0.13±0. 01mm,粗糙度0. 91um,定距栓直径6. 4mm,定距栓距离38mm。加载量△d

2.png

式中:

L为螺栓中心线间的距离(mm)

  a为螺栓与定距栓中心线间的距离(mm)

  t 为最小厚度(mm)

  E 为弹性模量:钢为20.4* 104MPa=弯曲量(mm)

  S为期望的外侧表面假定应力(MPa)DB测试使用的假定应力的值一般为材料指定的最小屈服强度(SMYS)50%100%以上。

试验过程:a、按硫化氢拉伸样品要求加工试样并检查试样表面情况并记录;b、测量试样最小直径尺寸,计算所需应力水平的试验载荷,并根据试验载荷选择选择相应等级的应力环进行试验;c、用丙酮清洗试样,清洗后,试样的测试部分不能用手或其它可能损坏其表面的物体碰触;d、固定试样到应力环上,密闭试样与试验容器的间隙,加载荷力,注意加载时应多次少量进行,并测量加载量,避免超过要求值;e、将试验溶液注入容器,连接试验系统,并立即通入氮气(N2)除氧,除氧时间不少于2 小时,确保通入硫化氢(H2S)前溶液中无氧,同时,检查容器的气密性;f、通硫化氢(H2S)气体,初始以连续气泡通入,使之尽快达到包和,大约1小时后,降低通气量(每分钟几个气泡),使硫化氣(H2S)在容器内保持正压,并且应在通入气体前打开气体超标报警器,试验过程中,如果中和装置内的中和液体回流,或试验溶液除氧不彻底,通入硫化氢(H2S)后液体不透明,都表示试验不合格,应取出试样,重新清洗,并重新试验;g、试验过程中应保证试验温度在243C,试验前溶液PH2. 6~2.8之间,结束后的PH不应大于4,持续时间为720hh、试验结束后关闭H2S气阀,并通入氮气吹扫,时间不小于6h以充分赶出容器及气管中残余的H2S气体;j、取出试样,做好记录,并对容器进行清洗,并在10倍下检验样品表面有无电化学腐蚀裂纹

试验结果评定:用放大镜检查表面开裂和鼓泡情况(单个试样表面的氢鼓泡面积不超过试样面积得1%,且任何一个氢鼓泡的直径不超过1mm)、CCL(连续开裂长度)、DCL(不连续开裂长度)、TCL(总开裂长度)


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