SSC硫化物应力腐蚀试验

SSC硫化物应力腐蚀(Sulfide Stress CorrosionCracking，SSCC或SSC）是应力腐蚀（SCC）中的一个特殊类型，但与通常所说的应力腐蚀有所区别，在通常所说的应力腐蚀中，环境所起的作用是以阳极溶解为主，而SSC则是以阴极充氢为主。目前SSC机理尚未被完全揭示，但目前大多数学者倾向于这种开裂是由氢导致，并且硫离子或硫化氢对氢向材质内的扩散有一定的促进作用。在石油、天然气（尤其是天然气）长输管道中，高压高强度管道的硫化物应力腐蚀开裂会引发重大的安全事故，因此需要评价管线钢的抗SSC性能，保证管道的安全。

 

SSC硫化物应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。裂缝形态则一般有沿晶界发展的晶间型(如黄铜的“季裂”)和贯穿晶粒的穿晶型 (如不锈钢的碱脆)两种。

防止硫化物应力腐蚀的措施：

1.合理设计零件和构件，减少应力集中，尽可能减小或消除一切应力；2.改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，改变介质的腐蚀性；3避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等；

4.采用金属或非金属保护层或者阴极保护等。

SSC硫化氢腐蚀试验标准

SSC硫化物应力腐蚀测试标准有：

石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分:选择抗裂纹材料的一般原则 GB/T 20972.1-2007

石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料第2部分:抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁 GB/T 20972.2-2008

石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料第3部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金 GB/T 20972.3-2008

金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验 GB/T4157-2017

石油和天然气工业.油、气生产中含硫化氢(H2S)环境下使用的材料.耐裂化材料选择的一般原则ISO

石油、石化和天然气工业.油、气生产中含硫化氢(H2S)环境下使用的材料.耐裂化碳和低合金钢及铸铁的使用ISO

石油、石化和天然气工业.油、气生产中含硫化氢(H2S)环境下使用的材料.耐裂化CRAs(耐腐蚀合金)和其他合金ISO

金属在硫化氢(H2S)环境下耐特殊环境开裂的实验室测试 NACETM0177-2016

油气产品内含硫化氢(H2S)环境中使用的材料 NACEMR0175-2015

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第1部分:试验方法总则 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第2部分:弯梁试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第3部分:U型弯曲试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第4部分:单轴加载拉伸试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第5部分:C型环试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第6部分:恒载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验. 第7部分:慢应变速率试验GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第8部分:焊接试样的制备和应用 GB/T

金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第9部分:渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用 GB/T

不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法 YB/T5362-2006

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.第1部分:试验程序的通用指南 ISO7539-1-2012

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.第2部分:弯曲梁试样的制备和使用 ISO7539-2-1989

金属和合金的耐腐蚀性.应力腐蚀试验.第3部分:U型弯曲试样的制备和使用 ISO7539-3-1990

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.第4部分:轴向载荷拉伸试样的制备和使用 ISO7539-4-1990

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.第5部分:C-环形试样的制备和使用 ISO7539-5-1990

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.恒定负荷或恒定位移条件下试验用预破裂试样的制备和使用ISO 7539-6-2011

金属与合金的腐蚀.应力腐蚀试验.慢速率应力试验方法 ISO7539-7-2005

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.评价焊件的标本制备及使用 ISO7539-8-2000

金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.在不断增加负载和不断位移下预裂纹式样的制备和使用 ISO7539-9-2003

曲梁应力腐蚀试样制备和使用的标准实施规程 ASTMG39-99(2016)

制作和使用U形弯曲应力腐蚀的标准作法 ASTMG30-97(2016)

直接拉伸应力腐蚀试样的制备和使用的标准操作规程 ASTMG49-85(2011)

制作和使用C环应力腐蚀试样的标准实施规程 ASTMG38-01(2013)

焊件的应力腐蚀试样的制备标准操作规程 ASTMG58-85(2015)

制作和使用裂缝前双束应力腐蚀样品的标准实施规程 ASTMG168-17

评估在沸腾的氯化镁溶液中金属及合金的抗应力-腐蚀-断裂性的标准实施规程 ASTMG36-94(2013)

沸腾酸化氯化钠溶液中不同镍含量不锈钢合金应力腐蚀裂纹评估的标准试验方法 ASTMG123-2000(2015)

测定不锈钢及有关镍铬铁合金在连多硫酸中应力腐蚀断裂灵敏性的标准操作规程 ASTMG35-1998(2015)

测定金属暴露在热盐环境应力条件下裂纹敏感性的标准实施规程 ASTMG41-1990(2013)

评估金属材料对环境协助开裂敏感性的慢应变速率试验的标准实施规程 ASTMG129-2000(2013)

测定金属在氢气中(包括高压,高温或高压高温条件下)脆性敏感度的标准试验方法 ASTMG)

 

金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法 GB/T 4157-84:

本标准规定的试验方法在实验室内，在含有硫化氢的酸性水溶液中，对承受拉伸应力的金属进行抗开裂破坏性能的试验。

1 原理

1．1硫化物应力腐蚀开裂是金属在硫化物环境中的腐蚀和拉伸应力(甚至远低于屈服应力)的联合作用下，所发生的延迟脆性断裂现象。

1．2通常认为硫化物应力腐蚀开裂破坏是氢脆引起的。当氢原子在金属表面上阴极释放时(例如因腐蚀或阴极充氢，由于硫化氢(或少许其他含有氰化物和磷、砷等化合物)的存在抑制了氢原子向高的三轴拉伸应力区域或某些微观组织结构的区域扩散，并在这些区域被捕集，从而增加了金属的脆性。

1．3本试验方法是在常温常压下，将承受拉伸应力的试样浸在经酸化并以硫化氢饱和的氯化钠水溶液中，为获得硫化物应力腐蚀开裂数据，将外加应力加到屈服强度的一系列百分数，测定试样的断裂时间，直至720h试样不发生断裂的大应力为止。

2 试样

2．1样坏要求：管材取纵向；板材取横向；取样部位按有关标准和协议执行，但应加以注明。

2．2应力腐蚀拉伸试样

2．2．1应力腐蚀拉伸试样见图1。标准试样尺寸为直径D=6.4&±0.1mm，标距G=25±0.5mm，过渡圆弧半径R=7.0mm。

非标准试样尺寸为直径D=2.5±0.05mm，标距G=25±0.5mm，过渡圆弧半径R=7.0mm。

注：在试验材料不满足标准试样尺寸时，可以采用非标准试样，但必须加以注明。

2．2．2试样头部与试样工作段的不同心度不大于0.03mm。

2．2．3为了适应与加载夹具的连接及容器的密封，试样两端必须足够长。

2．2．4试样在机加工时，必须避免试样工作段过热和冷作硬化，后两道切削量要小于0.05mm。

2．2．5要求试样表面光洁度不低于▽8。

2．3试样的清洗

2．3．1采用四氯乙烯或同类溶剂清除试样上的油污，用丙酮冲洗，放入干燥器内，直至使用时才取出。

2．3．2必须用于净的镊子或手套来拿取已经清洗过的试样。绝不能用手直接接触清洁的试样。

2．4试样材料的力学性能

2．4．1按GB228—76《金属拉力试验法》规定进行拉伸试验，测定材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率。拉伸试样和应力腐蚀试样应取自材料的相邻部位。

2．4．2除2．4．1规定的数据外，对化学成分、热处理制度、材料原始尺寸、取样部位和机加工工艺(例如冷变形量或预应变)等方面的全部有关数据，均应在报告中注明。

2．4．3同一化学成分而不同热处理制度、不同微观组织的材料应该当作不同材料处理。

3 试验设备

3．1拉伸试验应采用恒载荷设备或持久载荷设备来进行。

3．1．1静重力试验机或在液压室内能保持恒定压力的液压装置都可用于恒载荷试验。

3．1．2持久载荷试验可用弹簧式装置和试验环进行，要求夹具或试样的松弛所引起的载荷降低减少到小的程度。

3．2必须保证试样与任何接触试验溶液的其他金属电绝缘。

3．3试样周围的密封必须是电绝缘和气密的，但要求在试样位移时，密封所产生的摩擦力小得可以忽略不计。

3．4如果需要将整套试验装置浸在试验溶液中，则试样与加载夹具以及其他金属部分必须电绝缘，并选用对硫化物应力开裂不敏感的材料做夹具。对开裂敏感的夹具必须用不传导和不渗透的涂层彻底涂覆。

3．5试验容器

3．5．1试验容器的尺寸和形状取决于实际试验机的加力装置。

3．5．2在试验开始前应排除容器中的氧，并在试验容器期间保证空气不进入容器，在硫化氧的流出线上装一个小型出口捕集器，并在试验容器内保持正压力，以防止氧通过小漏隙或从排气管线扩散进入容器。

3．5．3在实验过程中，由于乙酸的消耗，pH值随时间而增大，为了使pH值增大速度相对稳定，试验容器的体积应能保持每平方厘米试样面积有20～100ml溶液。

3．5．4容器和夹具材料应基本是惰性的。

4 试验条件及试验步骤

4．1试剂

4．1．1试剂纯度

4．1．1．1硫化氢、氯化钠、乙酸均采用化学纯等级的化学药品。

4．1．1．2应采用蒸镏水或去离子水。

4．1．2溶液制备

4．1．2．1将50g氯化钠和5g冰乙酸溶解于945g水中，初始酸度值应接近pH等于3，试验期间pH可能增加，但不超过4.5。

4．2试验溶液的温度应保持在24±3℃。

4．3试验步骤

4．3．1试样加载和试验开始

4．3．1．1试验顺序

a．将清洗过的试样放进容器中，并接好必要的密封装置，然后用惰性气体净化试验容器。

b．试验容器净化后，小心加载，不得超过既定的加载水平。

c．立即将脱除空气的溶液注入试验容器，然后以100～200ml／min流速通人硫化氢，约10～15min，使溶液为硫化氢所饱和，并记录试验开始时间。

d．在试验期间必须保持硫化氢继续流通，以每分钟几个气泡的速度通过试验容器和出口捕集器，这样既保持了硫化氢浓度又保持了一个小的正压，从而防止空气通过漏隙进入试验容器。

e．在试验某些高合金耐蚀材料时，为了防止重新形成保护膜，有必要把加载顺序改变为a．c．b(如果按此顺序进行试验，则应在报告中注明)。

4．3．2破坏的检测

4．3．2．1用电记时器和微动开关记录断裂时间。

4．3．2．2可将拉伸试样加载到屈服强度的一系列百分数增量。

4．3．2．3为了严格地确定破坏和不破坏的应力，应追加试样进行试验。

硫化氢腐蚀试样要求

>>拉伸法：试样长度≥100mm，工作段应长25.4mm，直径6.35±0.13mm。每组三个试样

>>弯梁法：美标（三点弯）：67.3mm*4.57mm*1.52mm国标（两点）：宽15-25mm，长110mm-255mm，厚度要求0.8-1.8mm

>>C型法：外径≥15.9mm 国标：外径≥15mm具体参照图纸

>>双悬臂梁：常规样品≥101.6*25.4*9.35mm；薄样品≥4.76mm

>>四点弯：长110mm-250mm，宽15mm-50mm，厚度客供（如5mm）

涉及测试：SSC硫化物应力腐蚀试验  金属应力腐蚀试验    沸腾氯化镁应力试验