ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)——容大檢測(cè)

1. 什么是SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕？

SSC是硫化物應(yīng)力開(kāi)裂 的縮寫(xiě)，它是氫致開(kāi)裂 的一種形式，發(fā)生在高強(qiáng)度鋼和某些合金在拉伸應(yīng)力和濕硫化氫 環(huán)境共同作用的條件下。

核心要素：

敏感材料：通常是高強(qiáng)度鋼、高硬度焊縫區(qū)域。

腐蝕環(huán)境：含有水和硫化氫的環(huán)境。

拉伸應(yīng)力：必須存在持續(xù)的拉伸應(yīng)力，可以是外加應(yīng)力（如管道內(nèi)壓），也可以是殘余應(yīng)力（如焊接、冷加工產(chǎn)生的應(yīng)力）。

破壞機(jī)理：

硫化氫在水中電離產(chǎn)生氫離子。

氫離子在鋼表面被還原成氫原子。

硫化氫的存在會(huì)“毒化”這一反應(yīng)，阻礙氫原子結(jié)合成氫分子逸出，從而使得大量氫原子滲透到鋼的內(nèi)部。

氫原子在鋼的微觀缺陷處（如夾雜物、晶界）聚集，結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生巨大的內(nèi)部壓力。

在拉伸應(yīng)力的共同作用下，導(dǎo)致材料發(fā)生脆性開(kāi)裂。這種開(kāi)裂通常沒(méi)有明顯的塑性變形，非常突然和危險(xiǎn)。

2. SSC試驗(yàn)的目的

SSC試驗(yàn)的主要目的是評(píng)估和篩選金屬材料（主要是鋼管、管件、閥門(mén)、壓力容器用鋼等）在含硫化氫酸性環(huán)境中的抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂能力。

通過(guò)該試驗(yàn)，可以：

確保材料適用性：確認(rèn)所選材料能否在特定的酸性油氣田環(huán)境中安全使用。

質(zhì)量控制：作為產(chǎn)品出廠驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。

研發(fā)支持：幫助開(kāi)發(fā)具有更優(yōu)抗SSC性能的新材料和新工藝。

3. 常用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際上和國(guó)內(nèi)有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范SSC試驗(yàn)，其中最著名和廣泛應(yīng)用的是美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE） 的標(biāo)準(zhǔn)。

NACE MR0175 / ISO 15156：《石油和天然氣工業(yè) 油氣生產(chǎn)中含硫化氫環(huán)境中使用的材料》—— 這是一個(gè)材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了在H2S環(huán)境下使用的材料必須滿足的要求。SSC試驗(yàn)是驗(yàn)證材料是否符合該標(biāo)準(zhǔn)的重要手段。

NACE TM0177：《金屬在H2S環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》—— 這是具體試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了如何進(jìn)行SSC測(cè)試。它包含了四種主要的試驗(yàn)方法：

方法A：標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)

方法B：三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)

方法C：C形環(huán)試驗(yàn)

方法D：雙懸臂梁試驗(yàn)

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：例如 GB/T 4157（等效于ISO 7539-2，金屬和合金的腐蝕 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn) 第2部分：彎梁試樣的制備和應(yīng)用），其方法與NACE TM0177類(lèi)似。

4. 主要試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介（以NACE TM0177為例）

方法A：標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)

試樣：從產(chǎn)品上截取并加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圓棒拉伸試樣。

過(guò)程：將試樣放置在特定的腐蝕溶液（模擬H2S環(huán)境）中，并施加一個(gè)恒定的拉伸載荷（通常為材料實(shí)際屈服強(qiáng)度的某個(gè)百分比，如80%或90%）。持續(xù)浸泡720小時(shí)（30天）。

結(jié)果判定：如果在720小時(shí)內(nèi)試樣沒(méi)有斷裂，則認(rèn)為通過(guò)測(cè)試。記錄斷裂時(shí)間和施加的應(yīng)力水平。

方法B：三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)

試樣：矩形截面的長(zhǎng)條試樣。

過(guò)程：將試樣放置在兩個(gè)下支撐點(diǎn)上，用一個(gè)上壓頭在中間施加力，使其產(chǎn)生恒定的彎曲應(yīng)力。然后將整個(gè)裝置浸入試驗(yàn)溶液中。

優(yōu)點(diǎn)：試樣制備簡(jiǎn)單，可以同時(shí)測(cè)試多個(gè)試樣，效率高。常用于批量材料的質(zhì)量檢驗(yàn)。

結(jié)果判定：同樣觀察720小時(shí)內(nèi)是否開(kāi)裂。

方法C：C形環(huán)試驗(yàn)

試樣：從一個(gè)環(huán)或管上切割下來(lái)的C形環(huán)。

過(guò)程：通過(guò)擰緊一個(gè)螺栓來(lái)對(duì)C形環(huán)施加應(yīng)力，然后浸入試驗(yàn)溶液。

應(yīng)用：特別適用于測(cè)試管材、棒材和螺栓等產(chǎn)品的抗SSC性能。

方法D：雙懸臂梁試驗(yàn)

目的：主要用于測(cè)定材料的門(mén)檻應(yīng)力強(qiáng)度因子（KISSC），這是一個(gè)材料抵抗應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展能力的臨界參數(shù)。

試樣：帶有預(yù)制疲勞裂紋的緊湊試樣。

過(guò)程：對(duì)試樣施加一個(gè)恒定的位移，測(cè)量裂紋擴(kuò)展速率或確定不發(fā)生擴(kuò)展的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。

應(yīng)用：更側(cè)重于科學(xué)研究和對(duì)材料性能的深入評(píng)估。

總結(jié)

SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)是保障酸性油氣田安全生產(chǎn)的一道關(guān)鍵防線。它通過(guò)模擬嚴(yán)酷的服役環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)材料進(jìn)行加速測(cè)試，以預(yù)測(cè)其在實(shí)際應(yīng)用中的長(zhǎng)期可靠性。任何計(jì)劃用于含硫化氫環(huán)境的設(shè)備，其材料都必須通過(guò)相應(yīng)的SSC測(cè)試認(rèn)證。

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涉及測(cè)試：ssc硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)