一种管线钢氢致开裂裂纹断口的解剖方法与流程

本发明属于钢铁材料分析检测，尤其涉及一种管线钢氢致开裂裂纹断口的解剖方法。

背景技术：

1、随着我国油气资源开发量的增大，油气质量变差，管线钢工作环境日趋苛刻，对其耐蚀性提出了更高要求。酸性环境用管线钢管是指专门用于输送未经净化处理或处理效果欠佳的含h2s等酸性介质石油天然气的管线钢管。硫化氢的酸性腐蚀环境会在管线中引起两种破坏，即：氢致开裂（hydrogen induced cracking，hic）和应力腐蚀开裂。这两种破坏将造成管壁减薄、蚀孔、甚至断裂，产生重大安全问题。

2、中国耐酸管线钢需求主要面向西南等地油气田集输管线。为了安全起见，耐酸管线钢在服役使用之前都要求进行抗h2s腐蚀氢致开裂性能评价试验，目前参照的标准是“nace tm0284-2016管道和压力容器用钢抗氢致开裂性能评价的试验方法”。

3、1、hic试验方法：按nacetm0284-2016管道和压力容器用钢抗氢致开裂性能评价的试验方法进行试验。即在密闭容器中将不受力的试样放置于常温（25±3℃）、常压、含饱和h2s气体通入。试验进行96h，时间从通h2s气体1小时后开始计算。在实验完成后，取出试样。根据试样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其hic敏感性。采用nacl+ch3cooh的h2s饱和溶液ph=3。

4、

5、裂纹敏感率：crack sensitivity ratio，csr；裂纹长度率：crack length ratioclr，裂纹厚度率：crack thickness ratio，ctr；评价标准：clr≤15%，ctr≤5%，csr≤2%。

6、切取三条试样，每个试样尺寸：长度100±1 mm；宽度20±1 mm。

7、试验后，每个暴露后的试样应进行清洗以去除氧化皮和沉淀物。暴露后的试样可采用洗涤剂和钢丝刷进行清洗，或者可以稍微进行喷砂。暴露后的试样必须不能采用酸或任何其它可能促进氢吸收的方式进行清洗。

8、每条试样按照标准要求切割成等长度的四块试样，形成三个被检测面，根据试样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其hic敏感性。

9、2、h2s腐蚀氢致开裂的产生机理：h2s水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢原子。被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤，也称之为h2s环境开裂。h2s作为一种强渗氢介质，不仅是因为它本身提供了氢的来源，而且还起了毒化作用，阻碍氢原子结合成氢分子的反应，于是提高了钢铁表面氢浓度，其结果加速了氢向钢中的扩散溶解过程。

10、至于氢在钢中存在状态而导致钢基体开裂的过程，至今还无一致的认识。但普遍承认，钢中氢的含量一般是很小的，有试验表明通常只有百万分之几。若氢原子均匀地分布于钢中，则难以萌生裂纹，因此，萌生裂纹的部位必须有足够富集氢的能量。实际工程上使用的钢材都存在着缺陷，如面缺陷（晶界、相界等）、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能强，可将氢捕捉陷住，便成为氢的富集区。通常把这些缺陷称为陷阱。当氢原子在金属内部陷阱中富集到一定程度，便会析出氢气。有人估算这种氢气的强度可达300mpa，于是促使钢材脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹最后导致开裂。

11、当溶液中h2s浓度较低时，随其增大，氢穿透时间减小，氢渗透曲线上升阶段斜率变大，氢渗透曲线达到稳态所需的时间也逐渐缩短，即氢渗透速率随h2s浓度的增加而增大。

12、从试样表面扩散进入内部的氢原子在局部聚集结合成氢分子，形成氢压，导致裂纹萌生和扩展。氢原子继续聚集，内部裂纹发生开裂分叉，而在靠近试样表面处产生隆起，形成氢鼓泡。主裂纹沿轧制方向分叉，且出现穿晶裂纹。

13、3、h2s腐蚀氢致开裂的影响因素：氢致开裂的影响因素可分为环境因素和材料因素。环境因素包括h2s分压、ph值、温度等。材料因素有非金属夹杂物、带状组织、组织形态、硬度、化学成分、连铸坯质量等。

14、钢材中的夹杂物（尤其是mns系夹杂物）是导致氢致裂纹的主要原因，也是hic发生的起点。钢中的溶质原子、空位、位错、晶界以及夹杂等都是氢的陷阱，氢陷阱对氢致开裂起着至关重要的作用。进入钢中的氢原子在夹杂与基体的界面富集并结合成氢分子，氢分子的形成使得夹杂与基体的界面上存在氢压，氢压使得夹杂与基体的界面出现孔洞，随着周围的氢原子不断趋向孔洞，孔洞内的氢气浓度不断增大，氢压也不断增大，当孔洞内的氢压超过临界值即氢压大于材料的局部断裂强度时，就会导致裂纹的形核和扩展。

15、4、hic裂纹形貌的观察：按nacetm0284-2016管道和压力容器用钢抗氢致开裂性能评价的试验方法进行试验。在实验完成后，取出试样进行清洗。每条试样按照标准要求切割成等长度的四块试样，形成三个被检测面，根据试样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其hic敏感性。

16、对被检测面进行金相抛光，利用光学显微镜、扫描电子显微镜进行裂纹形貌观察。如果有hic开裂现象，裂纹数量可以是一条或多条，裂纹一般分布在板厚中心部位，多条裂纹呈阶梯状分布，裂纹长短不一。裂纹宏观观察比较平直，微观观察裂纹延伸尖端有些曲直。

17、本发明的主要目的是为了寻找一种简便、实用的管线钢硫化氢腐蚀氢致开裂裂纹断口的解剖方法，为准确寻找造成氢致开裂的氢陷阱裂纹源提供可靠支撑，为改进管线钢生产工艺提供指导。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对上述问题，提供一种管线钢氢致开裂裂纹断口的解剖方法。

2、本发明的目的是这样实现的：一种管线钢氢致开裂裂纹断口的解剖方法，包括以下步骤：步骤一：首先利用超声波探伤仪对有裂纹的试样进行探伤，定位内部裂纹面的位置、区域大小，在试样表面做好标记；步骤二：利用mo丝线切割机，按照超声波探伤的定位精确切割出包含裂纹的试样块，试样块沿板厚方向呈条状，经超声波清洗干净；步骤三：将试样块沿板厚方向抛光直至裂纹显现；步骤四：利用液压压弯机，从裂纹的背面，将试样块压弯至断裂；步骤五：个别没有完全断裂的试样块，使用手工锯将最后的连接部分锯切开来；步骤六：用超声波清洗机，将解剖开的断口试样块用酒精清洗干净，以备扫描电镜观察。

3、本发明的有益效果是：管线钢抗h2s腐蚀氢致开裂性能试验作为一种产品检验项目，经常进行，通常情况是按nacetm0284-2016管道和压力容器用钢抗氢致开裂性能评价的试验方法进行，实验完成后，每条试样按照标准要求观察三个被检测面，根据试样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其hic敏感性。由于被检测试样块尺寸较小，一旦发现有hic裂纹，由于断口解剖困难，一般只从抛光截面观察裂纹形貌和显微组织状况。

4、采用本发明提供的断口解剖方法，可以获得整个断裂面，比截面观察信息量大得多，方便准确找到裂纹源，轻松判定裂纹源的类型，为改进管线钢生产工艺和改善产品质量提供强有力的理论支持。

技术特征：

1.一种管线钢氢致开裂裂纹断口的解剖方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种简便实用的管线钢硫化氢腐蚀氢致开裂裂纹断口的解剖方法。其主要特征是采用超声波探伤方法准确定位裂纹位置，利用Mo丝线切割机精确切割，利用液压压弯机从裂纹的背面将试样块压弯至断裂，可以获得氢致开裂裂纹的整个断裂面，便于扫描电镜观察分析，为准确寻找造成氢致开裂的氢陷阱裂纹源提供有利条件，为改进管线钢生产工艺和提高产品质量提供理论指导。

技术研发人员：张寿禄,边育秀,李军,罗宇尘,赵振铎
受保护的技术使用者：山西太钢不锈钢股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19