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NACETM0103-2003濕H2S用鋼板耐SOHIC性能評估的實驗室試驗程序標準試驗方法

發(fā)布日期：2023-12-21
NACETM0103-2003濕H2S用鋼板耐SOHIC性能評估的實驗室試驗程序標準試驗方法
1.1本標準涵蓋了用SOHIC現(xiàn)象評估碳鋼在硫化氫( H2S )水環(huán)境中開裂敏感性的試驗。這些環(huán)境中的開裂試驗通常在開裂敏感性較高的室溫下進行。但是, 也可能存在其他情況, 從腐蝕、氫滲透和開裂嚴重程度的角度來看,這些情況可能比室溫試驗中發(fā)現(xiàn)的情況更嚴重或更不嚴重。
1.2本標準規(guī)定了用于SOHIC的NACE標準雙光束(DB)試驗的試劑、試樣、試驗裝置、基材和試樣特性、試驗溶液、試驗程序和試樣評定程序。1~9節(jié)涵蓋了DB試驗,重點是評估材料在存在拉應力和用于引發(fā)開裂的應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標準TM0177方法A (拉伸試驗)的替代SOHIC試驗程序。本節(jié)提供了TM0177方法的附加要求,當需要失效時間數(shù)據(jù)或臨界應力方法時,評估SOHIC的程序。附錄A至D中
給出了在SOHIC碳鋼和焊接件試驗中可能有用的其他推薦和可選程序及相關(guān)信息。
DB試驗為在可能導致鋼板SOHIC的拉伸應力條件下評估碳鋼的貫穿厚度內(nèi)部裂紋提供了依據(jù)。它采用四點彎曲的DB試樣。據(jù)觀察,當拉伸應力施加到試樣上時,可能會出現(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)境中的無應力試樣未出現(xiàn)裂紋,
應力試樣也可能出現(xiàn)裂紋。
試驗程序總結(jié)如下:應力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)生嚴重程度中到高的開裂。標準測試溶液是酸性的。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)境的實際情況，而是選擇-種測試溶液,該測試溶液會導致氫氣充注的嚴重程度適合所考慮的評估。
本文給出了在DB試樣拉伸表面上的槽下測量貫穿開裂程度的程序。還提供了可用于進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。這些試驗方法可以擴展到高溫和高壓;但是,這超出了本標準的范圍。
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硫化物應力開裂( SSC)一在水和H2S (氫應力開裂的一種形式[IHSC] )存在下,在拉伸.應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,從而促進鋼對原子氫的吸收。原子氫隨后擴散到鋼中,并傾向于在高金屬硬度和高拉伸應力(無論是施加的還是殘余的)區(qū)域積聚,使鋼脆化。因此,SSC機制涉及氫脆。低強度鋼的開裂模式主要是穿晶的,但在局部硬區(qū)和高強度鋼(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力。裂紋擴展的驅(qū)動力是氣泡周圍因氣泡內(nèi)部壓力積聚而產(chǎn)生的高應力。
這些高應力場之間的相互作用往往會導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應力導向氫致開裂( 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),焊接殘余應力高。它也可能發(fā)生在其他高應力點,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。通常認為,在含水H2S環(huán)境中評估鋼開裂的實驗室試驗方法是嚴格的。此外,由于許多原因,這些試驗可能無法直接模擬濕硫化氫煉油廠服務(wù)中暴露條件的實際嚴重性。如本文所述的實驗室試驗通常用于提供在受控條件下抗開裂材料的等級,以評估成分、冶金和/或焊接參數(shù),并比較各種材料之間的敏感性。本試驗方法的使用者有責任確定程序?qū)︻A期應用的適用性,并建立適當?shù)脑囼炐阅芤蠛万炇諛藴?。這些考慮不在本標準的范圍內(nèi)。
涉及含水H2S環(huán)境的試驗方法也可能有許多加速試驗常見的副作用。附錄A中給出了在含水H2S環(huán)境中評估鋼的試驗方法選擇的-些相關(guān)方面。
1.5安全注意事項:硫化氫和氰化鹽是劇毒化學品,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 )本標準并非旨在解決與其使用相關(guān)的所有安全問題。使用者有責任確定和/或建立適當?shù)陌踩绦蚝徒】祵嵺`,并在使用前確定任何政府
法規(guī)的適用性。
1.6標準化:對控制材料進行定期試驗時,最好能發(fā)現(xiàn)與正確試驗條件的某些無意偏差。對于該測試,應使用本文給出的程序,從相對均勻且已知對SOHIC敏感的材料中制備試樣。這些標準化程序的使用和應用應由用戶決定。