氢致开裂试验- HIC试验

HIC代表氢致开裂;它与氢起泡有关。NACE MR01-75/ASTM G193包括以下对氢起泡的描述:

“由于内部氢压力过大，在金属中形成了地下平面空腔，称为氢泡。在低强度金属中，近表面水泡的增长通常会导致表面隆起。”

在潮湿的H2S环境中(即水和硫化氢共存的应用)，碳钢最常发生氢起泡。这种环境中的腐蚀会使钢充满单原子氢。当小的单原子氢原子在钢中以不连续的方式结合时，它们会形成更大的双原子氢(H2)，然后它就太大了，无法在钢中扩散。随着越来越多的单原子氢原子在不连续处结合形成双原子氢原子，不连续处的压力不断增加，直到形成水泡。

在成形钢中，起泡会导致沿钢的轧制方向平行于表面的平面裂纹的形成。一个平面上的裂纹可以与相邻平面上的裂纹连接形成台阶，最终降低有效壁厚，直到构件过度受力而破裂。

多年来，这种现象有许多不同的名称，包括逐步开裂、氢压力开裂、起泡开裂和氢诱导的逐步开裂。NACE和ASTM在NACE/ASTM G193中对这种现象的名称“氢致开裂”进行了标准化，将其定义为:

“连接金属中不同平面或金属表面上相邻氢泡的阶梯式内部裂纹。”

起泡氢和HIC最常出现在板材和由板材制成的轧管和焊管中。这些材料呈扁平的平面晶粒结构，通常含有较大的平面硫化物夹杂物，有助于促进起泡和开裂机制。HIC也有其他形式的报道(焊接配件，无缝管和锻件)，尽管在这些材料形式中发生的频率要低得多

许多方法被用来试图减轻氢起泡和HIC。首先也是最重要的是使用“死钢”，即用硅、铝或其他强氧化元素脱氧的钢，以防止浇注钢锭的内部孔隙。在制成品中，钢锭中的气孔可以作为内部空隙保留下来，而这些内部空隙是形成氢泡的主要位置。

下一个级别的缓解措施是使用所谓的“清洁钢材”。干净的钢含有很低浓度的硫(通常还有磷)。这导致在钢中非金属夹杂物的浓度非常低，这也可以作为水泡形成的场所。

除了降低硫含量外，还可以在钢中添加钙或某些稀土元素来控制硫化物夹杂物的形状。所得到的球形夹杂物比正常的细长夹杂物(在平板的情况下是扁平的)具有更好的抗起泡和HIC性能。

当客户实施HIC测试时，通常意味着必须按照NACE TM02842执行测试。本标准概述:

1、测试方案(A)

溶液A:在945g蒸馏水或妖魔化水中分别溶解50g NaCl和5g CH3COOH。试验溶液体积与试样总表面积之比应至少为3ml / cm2。用氩气或氮气(100cc / l / min)鼓泡净化溶液1小时。

2、测试装置

3试样的大小、形状和位置

4、对各截面试件进行分段开裂检测，计算各截面试件的裂纹长度比(CLR)、裂纹厚度比(CTR)和裂纹敏感性(CSR)。根据NACE MR0175/ISO 15156的测试要求:

CLR: 15%，CTR: 5%，CSR: 2%

5、报告结果

试样的切片和准备相当耗时。一旦测试开始，它将持续96个小时。在96小时曝光完成后，对每个试样进行进一步切片，随后进行金相抛光、蚀刻和100倍放大检查。然后测量所有裂纹的长度和厚度，以确定在测试方法中。换句话说，这是一个非常劳动密集型，昂贵的测试。

现在是好消息。无论什么材料，铸件都不会发生HIC。因此，它不适用于铸造阀体。当前版本的TM0284没有特别提到管道配件或锻件，但目前正在进行的修订包括了管道配件、板式或锻造盲法兰和锻造焊颈法兰。

在奥氏体和双相不锈钢、镍合金和铜合金中不会发生HIC。此外，没有一个与HIC有关的标准提到它存在于合金钢或马氏体不锈钢中。

换句话说，HIC测试很少适用于阀门。少数例外是:

蝶阀阀体由碳钢板制成

由碳钢管道配件制成的大型预制阀门

焊接到阀体上的碳钢焊颈法兰

由碳钢锻件制成的法兰阀帽是否需要测试尚不确定。锻造的阀帽通常具有比锻造的焊颈法兰的颈更“重要”的“颈”，并且会表现出与焊接颈法兰完全不同的冶金“纹理”。我不知道任何报告的HIC故障伪造阀帽。请注意，NACE TM0284的修订建议仅涵盖盲法兰和焊颈法兰的测试。它不包括一般的锻件。

许多最终用户和工程、采购和施工承包商系统地将阀门归类为“管道”，以进行材料选择和规格要求。正因为如此，对阀门材料进行HIC测试的要求往往是一般管道规范“扩展”到覆盖阀门的结果。当这种情况发生时，阀门制造商需要将这种情况提请买方注意，以避免不必要的测试以及相关的费用和交货延误。

另一个定义-什么是氢致开裂?

参考NACE标准TM0284所有的测试设备都提供可互换的连接和配件。符合TM0284的要求。HIC试验程序的目的是研究氢致开裂机理。HIC测试仪适用于使用NACE TM0284规定的方案A或方案b。方案A为酸化盐水。解决方案B是根据ASTM D1141制备的模拟海水。在这两种情况下，在整个测试期间不断地向溶液中注入H2S。NACE TM0284指定测试持续时间为96小时。测试需要在暴露前和暴露后评估测试溶液的pH值。HIC试样被切成截面，在显微镜下检查氢引起的腐蚀裂纹。根据NACE标准，任何此类裂纹的尺寸都被记录下来并用于计算裂纹长度比(CLR)、裂纹厚度比(CTR)和裂纹敏感性比(CSR)的百分比值。我们也能在最短的时间内提供所有项目的备件，HIC测试程序。