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科研检测分享

抗硫化物应力开裂(SSC)、氢致开裂(HIC)试验

NACE MR0175/ISO 15156 是针对石油、天然气及相关工业中含硫化氢(H₂S)环境下设备用材料的抗硫化物应力开裂(SSC)、氢致开裂(HIC)等性能的国际标准,明确了材料选型、制造、测试及质量控制要求。以下分核心要求、关键试验方法及检测报告必含数据三部分说明。

一、标准核心适用范围与总体要求

1. 适用环境界定

标准仅适用于含 H₂S 的 aqueous(水基)环境,需同时满足以下条件(环境参数需在报告中明确):


  • H₂S 分压(Pₕ₂ₛ):≥0.0003 MPa(约 2.95 ppmv,25℃、101.3 kPa 条件下);

  • 环境温度:≤232℃(SSC 关键限值,超过此温度需额外验证);

  • pH 值:无固定限值,但需在试验报告中记录实际测试环境 pH(影响腐蚀与氢脆敏感性)。

2. 材料覆盖范围

适用于油气开采、集输、加工等环节的金属材料,包括:


  • 结构钢、管线钢、压力容器钢;

  • 螺栓、螺母等紧固件;

  • 阀门、泵体等承压部件;

  • 排除范围:纯奥氏体不锈钢(除非经特殊处理并验证)、铅、锌及锌合金等。

3. 总体质量要求

  • 材料化学成分、力学性能(抗拉强度、屈服强度等)需符合标准附录 A/B 的限值;

  • 制造工艺(如热处理、焊接)需稳定,且需在报告中说明(如回火温度、保温时间);

  • 最终产品需通过 SSC、HIC 等针对性试验验证。

二、关键试验方法及参数(SSC/HIC)

1. 硫化物应力开裂试验(SSC)——720h

SSC 试验模拟含 H₂S 环境下材料在拉伸应力作用下的开裂敏感性,核心依据NACE TM0177(标准指定方法),试验参数需与报告严格对应。


试验项目要求细节报告必录数据
试验方法优先采用 “四点弯曲法”(Method A)或 “拉伸载荷法”(Method B),按需选择。明确试验方法(如 “NACE TM0177 Method A”)
试验环境- 溶液:5% NaCl + 0.5% CH₃COOH(pH 2.7±0.1,25℃);
- 通气:持续通入含 100% H₂S 的气体(气泡速率 1–2 个 / 秒)。
溶液配比、pH 值、通气速率、环境温度
应力加载- 四点弯曲法:加载应力 = 80% Rₚ₀.₂(材料规定塑性延伸强度);
- 加载后立即放入试验溶液,保持 720h。
加载应力值(MPa)、应力计算依据(如 Rₚ₀.₂实测值)、加载时间点
判定准则试验后试样表面及断面无宏观 / 微观开裂(放大 100 倍观察),即为合格。开裂情况描述(“无开裂” 或具体开裂位置 / 尺寸)、微观观察倍数及照片(附报告)

2. 氢致开裂试验(HIC)——96h

HIC 试验评估材料在含 H₂S 环境下因氢渗透导致的内部开裂(无外部应力),核心依据NACE TM0284,试验参数如下:


试验项目要求细节报告必录数据
试验方法采用 “浸泡法”:试样全浸没于试验溶液,96h 后检测内部开裂。明确试验方法(“NACE TM0284”)
试验环境- 溶液:A 溶液(0.5% acetic acid + 5% NaCl,pH 2.8±0.1)或 B 溶液(按实际工况定制);
- 通气:100% H₂S 气体饱和(25℃,通气 1h 后密封)。
溶液类型、pH 值、通气时间、试验温度
试样要求板材 / 管材试样尺寸:100mm×20mm× 厚度(原厚度,不小于 6mm),每组至少 3 个试样。试样尺寸、数量、取样方向(如 “板材纵向”)
判定准则按 “开裂率” 评估:
- 裂纹长度率(CLR)≤15%;
- 裂纹厚度率(CTR)≤5%;
- 裂纹敏感率(CSR)≤2%。
CLR、CTR、CSR 实测值、断面宏观 / 微观照片(标注裂纹位置)

三、检测报告必含数据与内容框架

报告需满足 “可追溯、可复现” 原则,除上述试验数据外,还需包含以下核心模块:

1. 基本信息模块

  • 委托方 / 检测方名称、报告编号、试验日期;

  • 材料信息:牌号(如 API 5L X65)、炉号、批号、规格(直径 / 厚度)、制造厂家;

  • 试验依据:明确 “NACE MR0175/ISO 15156-XX”(XX 为具体部分,如 15156-1 为通用要求)。

2. 材料预处理数据

  • 化学成分:C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo 等元素的实测值(需符合标准附录 A 限值);

  • 力学性能:抗拉强度(Rₘ)、屈服强度(Rₚ₀.₂)、伸长率(A)、硬度(如 HV10,需≤22HRC 或标准规定值);

  • 热处理工艺:淬火温度、回火温度、保温时间、冷却方式(如 “620℃回火 2h,空冷”)。

3. 试验过程数据

  • 环境控制记录:SSC/HIC 试验的温湿度、溶液 pH 值、通气速率的实时监测曲线(或每隔 12h 记录一次数据);

  • 应力加载记录:SSC 试验的加载力 - 位移曲线、应力保持稳定性(如是否出现应力松弛);

  • 试样状态记录:试验前 / 后试样的外观照片(标注编号、尺寸)。

4. 结果判定与结论

  • 逐项比对:将 SSC 的 “开裂情况”、HIC 的 “CLR/CTR/CSR” 与标准限值对比;

  • 综合结论:明确材料是否符合 NACE MR0175/ISO 15156 要求(如 “该批 API 5L X65 钢经 720h SSC 试验无开裂、96h HIC 试验 CLR=8%≤15%,符合标准要求”);

  • 附加说明:如试验过程中的异常情况(如溶液泄漏、设备故障)及处理方式。

5. 溯源性文件

  • 检测设备校准证书编号(如拉力试验机、pH 计、硬度计);

  • 试验人员资质、审核 / 批准人签字;

  • 原始记录附件(如力学性能测试原始数据、微观观察原始照片)。

四、常见注意事项

  1. 环境参数一致性:SSC/HIC 的溶液 pH 值、H₂S 通气速率直接影响试验严酷度,需在报告中精确记录,避免 “约”“大概” 等模糊表述;

  2. 硬度控制:材料硬度是 SSC 敏感性的关键指标,报告中需注明硬度测试位置(如 “距焊缝中心 2mm 处”)及实测值;

  3. 批次代表性:试样需从同一批次材料中随机抽取,报告中需明确试样与成品的对应关系(如 “试样取自成品管段编号 XXX”)。




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