根据钢材性质、制造或成型工艺环境特性和其他变量,湿硫化氢(H2S) 环境中因钢材腐蚀所产生的氢的吸收会产生不同的影响。在压力容器、压力管道中观测到的一个有害作用是裂纹沿钢材轧制方向发展。平面裂纹倾向于与相邻的平面裂纹相连,形成穿过壁厚的台阶状裂纹。裂纹会减少有效壁厚,直至压力容器、管道变得过应力而开裂。开裂有时伴有表面鼓包。已经有几起因这种开裂导致的失效事例报道。
以前,术语台阶状开裂(SWC)、氢压开裂、鼓包开裂及氢致台阶状开裂被用来描述这类压力容器、管道的开裂类型,但是现在被认为是过时了。术语氢致开裂(HIC)被广泛运用来描述这种类型的开裂,而且已经被NACE国际所采纳。因此,该标准实验方法中全部使用该术语。
HIC与氢鼓包有关,这在1940年代作为储存酸性产品的压力容器的问题就被人们认识到。然而,直到最近,HIC作为管道潜在问题才得到了人们的广泛认识。作为1970年代早期两家公司所经历的管道失效的结果,数家公司开始调查开裂原因并公布了对几种钢材的试验结果。然而,许多调查者发现,他们不能重现已公布的实验结果。缺少再现性的最终因素主要是试验过程不同。因此,研究油田设备冶金学的NACE单元委员会T-1F成立了(TG)T-1F-20工作组来研究该问题,并制定了一种标准试验方法。
1、总则
1.1 本标准建立了评估管道及压力容器厚板抗HIC试验方法:氢致开裂是由于吸收含水硫化物腐蚀溶液中的氢而引起的。
1.1.1 从钢制品形式—管子,厚板, 管件和法兰上抽取的试验样本的尺寸,数量,位置和取向已经提供了详细信息。
1.1.2 包括小直径(管子公称直径[DN]50-150,名义管子尺寸[NPS]2-6)、薄壁(壁厚不超过6mm)的电阻焊管(ERW)以及无缝管进行试验的特殊程序或要求。除非本标准中另有规定,从小直径、薄壁管抽取的试验样本应与其它管材抽取的试验样本以同样方式进行试验。
1.2本试验方法为将无应力试验样品暴露于三种标准试验溶液的一种中:试验溶液A,其为一种酸化溶液, 且包含在常温、常压下在采用H2S饱和过的蒸馏水或去离子水内溶解的氯化钠NaC)和醋酸(CH:COOH):或试验溶液B,其为一种在常温、常压下采用出S饱和的合成海水溶液:试验溶液C, 其为一种缓冲溶液,且包含在常温、常压下在采用含HS和CO2的混合物气体来饱和过的蒸馏水或去离子水内溶解的氯化钠(NaC1)和醋酸(CH.CooH) ,其能确保在范围为0.001~1 barf的不同HS分压力下执行试验。一段规定时间后, 取出试验样品进行评估。
注:试验时间不一定足够到使每一给定钢种的开裂达到最大化,但已经证明对试验目的来讲已是足够的。
1.3 在用途适合性试验中,选择了适合于预期应用场合的试验环境和气体分压力。
注:试验条件没有复制工况条件的所有方面,例如温度,但是将足够区分候选钢的适用性。
1.4 本标准不包括认可或拒绝的准则。
1.5 为获得附加信息,可在金相剖面和检测之前使用自动超声波检测来评估在暴露试样内是否存在HIC。附录A (非强制性附录)内提供了一种程序。
2、试样评估
2.1 试验后,每个暴露后的试样应进行清洗以去除氧化皮和沉淀物。暴露后的试样可采用洗涤剂和钢丝刷进行清洗,或者可以稍微进行喷砂。暴露后的试样必须不能采用酸或任何其它可能促进氢吸收的方式进行清洗。
2.2 每个暴露后的试样已经清洗过之后,应剖开进行如下检查:
2.2.1 每个全尺寸管件试样应在三个等间距位置剖开进行检查,剖开面取向横切于纵向轴。对于管子堵头管件,切割截面宽度应为20mm (0.80in) ,同时应涵盖垂直于轧制方向的侧面,项面和顶面至侧面(关节)过渡区域。
2.2.2 每个法兰试样应按图2所示进行剖开检查。对于焊接法兰,每个焊接区域试样应按图3所示进行剖开检查。
2.2.2 每个全尺寸法兰试样应沿着颈部区域在三个等间距位置剖开进行检查,剖开面取向横切于纵向轴。
2.3 如果需要的话,应对每个截面进行金相抛光、浸蚀,这样将裂纹与小的夹杂物、分层、擦痕或其它不连续区别开来。只应对截面进行轻微浸蚀处理,重的浸蚀处理可导致小裂纹模糊。用不污染金属表面,不导致金属表面微小裂纹看不见的金相学的处理方法非常重要。因此,在金属表面最后金相抛光前,所有表面应进行湿磁粉检测或宏观浸蚀处理。或者可以使用详尽描述的已证明在抛光后能清楚看见裂纹(如果有的话)的准备方法。
2.4 裂纹测量方法应如图11所示。测量裂纹的长度和宽度时,相距小于0.5mm (0.002in) 的裂纹应视为一个裂纹。当测量弧形截面或环形截面的裂纹时,尤其是全尺寸管件试样,截面弧度应予以考虑。所有以使用不大于100倍的放大镜可区别的裂纹应包括在结论内。但那些全部位于试样内或外表面1.0mm(0.04in)内的裂纹除外。(在检测某些断面时,可能需要更高的放大倍数,以区分是微小裂纹、还是夹杂物、侧面点蚀或其它的不连续。)
2.5 每个试样三个截面中的每一个截面的裂纹敏感性比值(CSR)、裂纹长度比值(CLR)和裂纹厚度比值(CTR)应按照公式(2)、(3) 和(4)计算和报告,并计算出每个试样其三个截面的平均值,以及每个试料的所有试样的整体平均值。
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