随着油气田开发逐渐向更苛刻环境转移,对高含硫油气田的开发力度不断加大,油套管材料的抗硫检测数量呈指数式上涨。据统计,近5年来油套管材料抗硫检测数量增加了近100倍,其中主要为抗硫化物应力腐蚀开裂ssc试验。
一、氢致开裂(HIC)及氢鼓泡
氢致开裂是平行的氢层连通在一起产生穿壁裂缝造成的,它们与外加应力或残余应力没有明显的相互作用。在鼓泡处,氢在内部聚积产生的应力加剧了氢致开裂。氢致开裂与钢材的净度密切相关,并且与钢的制造方法、存在的杂质和它们的形状有关。实验室执行标准GB/T8650-2015、NACE TM0284-2016。
非均质的细长的硫化物或氧化物夹杂物如果是与钢板轧制方向平行发生的,一般都会发生氢致开裂。这些夹杂物构成形成显微氢鼓泡的场所,这些显微鼓泡会生长,并且最终通过台阶状裂缝连在一起。事实上,有时候把氢致开裂叫做台阶状开裂。
由于氢致开裂对应力没有依存关系,也不是伴随硬化的显微结构发生的,所以,焊后热处理一点作用也没有。限制硫这样的痕量元素以及控制钢的制造变量,才能使钢具有氢致开裂抗性。氢鼓泡是原子氢扩散进入钢材并在空隙、夹层或非金属夹杂物处被截获而造成的。正如上文已经提及的,进入这些部位的氢原子结合在一起会形成分子氢,而分子氢是无法向外扩散而逸出的。聚集在一起的氢气的膨胀压力终使部件发生穿壁分离,并在金属表面出现明显的鼓泡。
氢鼓泡会出现在一块板的两面,或者鼓泡出现在另一鼓泡顶上,取决于夹层的位置。它们大小不一,从小的突起到几英尺直径的肿胀。不断增大的鼓泡会使表面发生扯裂,使设备失去承压能力。
二、硫化物应力开裂(SSC)
硫化物应力开裂(SSC)是一种氢脆开裂形式,假如高强度钢、硬焊缝和焊接热影响区(HAZs)处于酸性环境中,受到拉伸应力作用,并且温度低于82°C(180°F),就会发生硫化物应力开裂。钢材的硫化物应力开裂易发性在很大程度上取决于其组成、显微结构、强度、残余应力、外加应力。
将施加应力的试样浸泡在含H2S的酸性水溶液环境中,通过施加合适增量的载荷获得材料抗SSCC性能数据。实验室执行标准GB/T 4157-2017 及NACE TM0177-2016
三、HIC抗氢脆试验和SSC硫化氢应力腐蚀试验
SCC硫化氢应力腐蚀的主要特征为:
(1)有应力,特别是拉伸应力存在;
(2)腐蚀介质是特定的,只有某些金属一介质的组合,才发生SCC;
(3)裂纹扩展速度约在10-3~10-1 cm/h 范围;
(4)存在着对破裂敏感的电位区间;
(5)应力腐蚀裂纹常有主干,但易分叉,呈树枝状,其形态有穿晶型、晶间型、混合型之分。SCC断口一般为脆断型,穿晶时呈河川状,晶间时呈冰糖状。机理 SCC 的发生机理通常认为:在应力作用下使金属发生滑移,破坏钝化膜或腐蚀产物层,裸露金属发生力学一化学反应产生局部腐蚀;与此同时,被破坏的钝化膜可再钝化,如再钝化速度(但不能过低)钝化膜破坏速度,则应力和腐蚀协同作用,便发生SCC。
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