SSC及 HIC标准实验方法的选择

SSC 及 HIC 标准实验方法的选择

随着高硫高酸原油加工量的增加， 硫化氢对设备的腐蚀也愈加严重， 已成为石化行业较为突出的问题， 特别是湿 H2S 应力腐蚀开裂和氢致开裂， 所引 起的事故往往是突发的、 灾难性的。 因此， 开展 H2S 腐蚀的相关研究对于确保石化设备的安全运转以及提高石化行业的生产效率具有重大的理论和实际意义。

一、 基本性能研究

1、 输气管线环焊接头抗 HIC 性能研究

氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking， 缩写为 HIC) ， 作为一种缺陷存在于管线钢及焊缝中， 其对输气管线使用性能的影响至今尚无全面的认识。 但大量的研究表明， HIC 对钢材的常规强度指标影响不大， 但对韧性指标影响较大，会使钢材的脆性倾向增大。 在四川境内含硫化氢酸性输气管线中， 已经发现因HIC 引 起破裂的多起事故， 给国家带来了 严重的经济损失。 目 前， 我国对管线钢正在做比较系统的抗 HIC 性能倾向研究， 环焊缝在整条管线中占相当大的比重，但我国对其焊接头抗 HIC 性能的研究还基本上处于空白。 近几年正值我国天然气管建设的高潮， 为保证输气管线环焊缝质量的可靠性， 开展对输气管线环焊接头抗 HIC 性能研究是非常必要的， 研究的成果直接用于工程实际，为输油输气管线的施工建设可提供技术保障。

2、 输气管道的硫化物应力腐蚀（ SSC） 问题

早在 40 年代末， 美国和法国在开发含 H2S 酸性油气田时， 发生了 大量的硫化物应力腐蚀(Sulfide Stress Corrosion Cracking， 简写 SSCC 或 SSC) 事故，我国输气管道主要集中在四川省， 其中 H2S 含量偏高， 表 1[1] 的统计结果表明：SSC 是输气管道最主要的失效形式。 目 前我国输送净化天然气(即含 H2S<20mg/m3)的输气干线， 绝大多数采用 16Mn、 X56、 X60 等级螺旋缝埋弧焊管， 输送含 H2S脱水干气采用大口 径 20 号钢无缝钢管。 由于管输天然气中 H2S 的含量偏高， 最高可达 400～ 500mg/m3， 使天然气中 H2S 分压达 0. 0003MPa 或更高， 具备了 发生SSC 的条件。 加上管材质量性能不佳， 使输气干线破裂事故不断。

二 实验方法的选择与应用

按照 SSC 和 HIC 测试的区别， 依据美国腐蚀工程师协会推荐使用 NACE 国际测试标准， SSC 测试主要采用恒负荷应力腐蚀实验和三点弯曲法测试实验， 主要依据 NACE TM0177-2005。 HIC 测试主要采用依据 NACE TM0284-2003， 该标准均为目 前世界最新且通用标准。

1、 恒负荷应力腐蚀实验

1. 1 方法的适用性

在硫化物腐蚀环境和静态拉应力同时作用下产生的开裂称硫化物应力腐蚀开裂(SSC) 。 模拟由外力或应力引 起的硫化物应力腐蚀开裂的实验， 可作为压力容器等产品的标准检验方法， 同时可研究 H 2 S 对不同材料和不同工艺性能的影响。 一般情况推荐使用美国腐蚀工程师协会 NACE TM0177 标准中的 A 法， 即恒负荷拉伸实验法， 实验采用饱和的 H 2 S 水溶液（ 质量浓度约 3250mg/L）， 配制时应注意使用冰乙酸（ 冰醋酸）， 其积体分数为 99. 5%。 当强调选用与实际工况条件相同的环境溶液时， 可采用欧洲腐蚀协会 EFC 标准， 这时规定碳钢和低合金钢 H 2 S 应力腐蚀开裂门坎值σ th ≥ 0. 9σ s 为合格。

2、 三点弯曲法

2. 1 三点弯曲法特点

实验采用 NACE TM0177 标准中的 B 法， 即在恒应变下的三点弯曲应力下进行腐蚀实验， 与恒负 荷法相比， 具有实验周期短、 数据分散性小、 设备简单等优点， 适用于抗 H 2 S 材料研制过程中的筛选对比实验。 实验中使用的名 义应力Sc 值是材料发生 H 2 S 应力腐蚀开裂的几率为 50%时的应力值， 仅表示被测实验材料抗 H 2 S 应力腐蚀开裂性能的优劣。 (实验采用长 67. 3mm、宽 4. 57mm 、厚 1. 52mm、带有二个φ 0. 71 应力集中孔的试样， 试样在应力环上加载， 一般需要 12~16 个试样来确定材料的临界应力值 Sc。 Sc 值随材料硬度的增加而减少， 开始实验时，取名 义应力 S 值在预计的范围内， 确定试样开裂与未开裂的范围， 然后逐步减小试样开裂与未开裂的范围并求出 Sc 值。

3、 氢致开裂实验

3. 1 裂纹的形成

氢致开裂(HIC) 与 SSCC 的驱动力不同， HIC 不需要像 SSCC 那样的外力， 其生成裂纹的驱动力是靠进入钢中的氢产生的气压， 当氢气压超过材料屈服强度时便产生变形开裂， 裂纹间相互扩展连接形成阶梯型开裂(SWC) 。 一般情况， H 2 S腐蚀环境用的管线钢和压力容器钢等产品均需做 HIC 性能检测。

应力环

应力环

应用范围

核电、航空、海洋、石油化工、天然气、气钢瓶、管道、压力容器、阀门、法兰、锻件等

涉及测试：

SSC测试    HIC测试