小直径薄壁管氢致开裂试验方法与评价方法技术

一种小直径薄壁管氢致开裂试验方法与评价方法，该试验方法包括以下步骤：S1、小直径薄壁沿着长度方向截断成若干根环形管段作为试样原管；S2、试验前测量每个试样原管的几何尺寸，并进行脱脂处理；S3、将试样原管置于试样容器中，将试样原管固定；S4、在试验容器中对试样进行试验处理，记录试样原管试验处理后表面情况；S5、获取金相面；S6、标记每一个裂纹并计算裂纹率。本发明专利技术解决了试样难以制作和金相检查面难以制备的问题；明确了小直径薄壁钢管的氢致开裂裂纹认定方法和裂纹尺寸测量方法；将不在标准适用范围内的钢管，参照本发明专利技术的试验方法进行试验和裂纹统计，使其适用于现有的标准评价体系。

Test method and evaluation method for hydrogen induced cracking of small diameter thin wall tube

A test method and evaluation method for hydrogen induced cracking of small-diameter thin-walled tube, the test method includes the following steps: S1. The small-diameter thin-walled tube is cut into several circular segments along the length direction as the original tube of the sample; S2. Before the test, measure the geometric dimensions of each original tube of the sample, and conduct degreasing treatment; S3. Place the original tube of the sample in the sample container, and fix the original tube of the sample; S4 Test the specimen in the test vessel, record the surface condition of the original tube after test treatment; S5, obtain the metallographic surface; S6, mark each crack and calculate the crack rate. The invention solves the problems that the sample is difficult to be made and the metallographic inspection surface is difficult to be prepared; the identification method of hydrogen induced cracking crack and the crack size measurement method of the small diameter thin-wall steel pipe are defined; the steel pipe which is not within the application scope of the standard is tested and the crack statistics are carried out with reference to the test method of the invention, so that it is suitable for the existing standard evaluation system.

【技术实现步骤摘要】
小直径薄壁管氢致开裂试验方法与评价方法
本专利技术涉及于材料检测领域，尤其涉及小直径薄壁管氢致开裂试验方法与评价方法。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，能源的需求量越来越大，国家对环境保护的要求也越来越高，能源结构逐渐发生了变化，石油、天然气的消耗量逐年上升，大有代替煤炭成为主要能源的趋势。管线钢作为石油、天然气资源的主要运输载体，使用量逐年增加，但伴随着油气田的开发和进口高硫原油加工量的不断增加，硫化氢介质腐蚀破坏已经渗透到石油天然气的钻采、输送和加工行业。越来越多的管道在湿硫化氢环境中发生腐蚀开裂。氢致开裂是其中最常见的一种腐蚀开裂，为此各国针对氢致开裂制定了相关的检测标准，目前国内应用最广泛的氢致开裂检验标准主要为GB/T8650-2015《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》和NACETM0284-2016LaboratoryTestingofMetalsforResistancetoSulfideStressCrackingandStressCorrosionCrackinginH2SEnvironments,其对小直径管的适用范围是公称直径为DN50～150mm、壁厚≤6mm的电阻焊和无缝钢管，对于直径小于50mm的钢管目前标准并未规定如何进行氢致开裂试验。换热管作为换热器中的主要部件，通常使用小直径薄壁钢管，这类管线钢恰好不在氢致开裂试验标准的适用范围内，而相关的技术文件一般都要求该类钢管参照GB/T8650或NACETM0284进行氢致开裂试验。现有的技术方案并不能真实的反应氢致开裂试样的腐蚀情况，其试验结果与实际结果相比偏小，进而导致石化装备的安全长周期运行出现安全隐患。裂纹的认定与裂纹的几何尺寸对小直径薄壁钢管的氢致开裂试验结果有着显著的影响。现行的氢致开裂试验标准规定“试样上、下表面1mm以内的裂纹不算做氢致开裂的裂纹”，这对薄壁钢管的氢致开裂试验结果评定影响显著，薄壁钢管试样的壁厚本来就很薄，去除内壁和外壁1mm以内的裂纹不计算为氢致开裂裂纹，会极大的放大薄壁钢管的使用风险。如对于壁厚为2.5mm的换热管试样，去除内壁和外壁的氧化皮，就会使试样的实测壁厚接近2mm，试验后内壁和外壁1mm以内的裂纹不参与裂纹率的计算，导致壁厚≤2.5mm的钢管基本可以不必进行氢致开裂性能试验，因为在现有的规定下，即使有裂纹，该裂纹也很可能不被认可为氢致开裂裂纹，这为设备的安全长周期运行埋下可很大的隐患。针对小直径薄壁钢管的氢致开裂裂纹应有自己的规定，由于试样表面氢鼓泡和试样内部的氢致开裂裂纹的形成机理是一致的，试样表面氢鼓包形成的裂纹也是氢致开裂的裂纹。钢管中的氢致开裂裂纹与钢板中的氢致开裂裂纹存在些许区别，钢管的氢致开裂裂纹可能呈现为不规则状。不规则状的裂纹在几何尺寸测量上与试样的摆放位置密切相关，同一条裂纹，不同视角的观察，表现出的裂纹几何尺寸差异明显，而薄壁管件对裂纹厚度率非常敏感，对裂纹长度与厚度的界定会影响最终结果的评判，但目前针对小直径薄壁管材氢致开裂裂纹长度与厚度的界定没有统一的规定可供参考执行。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本专利技术提供小直径薄壁管氢致开裂试验方法与评价方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：S1、小直径薄壁管经过外壁和内壁处理除去氧化层或锈蚀层，保证小直径薄壁管设定壁厚与表面粗糙度，然后沿着长度方向截断成若干根单位长度的环形管段或沿轴向剖开得到的弧形段作为试样原管；S2、试验前测量每个试样原管的几何尺寸，并进行脱脂处理；S3、将试样原管置于试验容器中，试样原管之间相互间隔不小于设定距离，将试样原管固定；S4、在试验容器中对试样进行氢致开裂腐蚀试验，待试验结束后取出试样原管清洗干燥后拍照，记录试样原管腐蚀后表面情况；S5、获取金相面，当试样原管为母材或直焊缝时，将试样原管按长度方向进行多份等分，等分面作为金相检查面；当试样原管为环形焊缝试样时，将环形焊缝试样在长度方向上进行N等分形成N个焊缝试样子段；每个焊缝试样子段两端面的水平切割后的上表面作为金相检查面，每一个金相检查面到对应焊缝试样子段上表面的距离不同；S6、标记金相检查面上的每一个裂纹。对小直径薄壁管氢致开裂试验方法后获取的数据进行评价的方法，包括以下步骤：S7、设定平行于试样原管中性层(102)的方向为裂纹(104)的长度方向，垂直于试样原管中性层(102)的方向为裂纹(104)的厚度方向，将显微镜对准裂纹(104)所在位置，对于母材或直焊缝试样通过旋转试样原管来转换扫描视场，获得每一个裂纹(104)对应尺寸，不同裂纹(104)所在圆弧的周长统一以中性层(102)的周长作为计算依据；S8、计算单个检查面裂纹率，其计算公式为：其中a表示裂纹(104)的长度，b表示裂纹(104)的厚度，对于母材或直焊缝L表示试样原管中性层(102)的周长，T表示试样原管壁厚；对于环焊缝试样，L表示试样原管检查面212的长度，T表示试样检查面212与钢管单侧壁重叠的宽度。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术以环形管整管或沿直径剖开得到的弧形段的方式进行氢致开裂试验，相对于GB/T8650-2015标准中的舟型试样需要取设定宽度，本专利技术解决了试样难以制作和金相检查面难以获得的问题。(2)针对小直径薄壁钢管的氢致开裂裂纹认定建立新的规定，由于试样表面氢鼓泡和试样内部的氢致开裂裂纹的形成机理是一致的，本专利技术将试样表面氢鼓包形成的裂纹也算做是氢致开裂的裂纹，即试样检查截面上的裂纹都是氢致开裂裂纹。(3)本专利技术规定按照步骤S7和步骤S8提供了一套裂纹长度与裂纹厚度的界定方法。该方法消除了因为视角转换的原因导致裂纹的几何尺寸认定发生改变，实际操作过程中，可将显微镜物镜对准裂纹所在位置，对于母材或直焊缝试样，通过旋转而非平移试样来转换扫查视场，得到的裂纹长度与裂纹厚度非常容易确定，且此时放大100倍的视野中裂纹尺寸的测量不再考虑弧度的影响。由于是薄壁钢管，不同裂纹所在的圆周弧长并不相等也不考虑，统一以中性层的周长计量。(4)本专利技术中虽然扩大了检查范围，提高了发现裂纹的可能，使得检验的结果更符合实际，从而为石化设备的安全长周期运行提供基础保证。(5)本专利技术明确了裂纹长度与裂纹厚度的界定和小直径薄壁钢管氢致开裂裂纹的界定，增大了检查范围，检查更全面。附图说明图1为试样原管为母材时金相检查面的位置示意图。图2为试样原管为焊缝试样时金相检查面的位置示意图。图3为裂纹几何尺寸界定示意图。图中标注符号的含义如下：11-母材12/212-金相检查面21-焊缝试样211-焊缝213-试样断面101-外壁102-中性层103-内壁104-裂纹具体实施方式实施例1小直径薄壁管氢致开裂试验方法，包括以下步骤：S1、小直径薄壁管经过外壁101和内壁103处理除去氧化层或锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小直径薄壁管氢致开裂试验方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、小直径薄壁管经过外壁(101)和内壁(103)处理除去氧化层或锈蚀层，保证小直径薄壁管设定壁厚与表面粗糙度，然后沿着长度方向截断成若干根单位长度的环形管段或沿轴向剖开得到的弧形段作为试样原管；/nS2、试验前测量每个试样原管的几何尺寸，并进行脱脂处理；/nS3、将试样原管置于试验容器中，试样原管之间相互间隔不小于设定距离，将试样原管固定；/nS4、在试验容器中对试样进行氢致开裂腐蚀试验，待试验结束后取出试样原管清洗干燥后拍照，记录试样原管腐蚀后表面情况；/nS5、获取金相面，当试样原管为母材(11)或直焊缝时，将试样原管按长度方向进行多份等分，等分面作为金相检查面；当试样原管为环形焊缝试样(21)时，将环形焊缝试样(21)在长度方向上进行N等分形成N个焊缝试样(21)子段；每个焊缝试样(21)子段两端面的水平切割后的上表面作为金相检查面，每一个金相检查面到对应焊缝试样(21)子段上表面的距离不同；/nS6、标记金相检查面上的每一个裂纹(104)。/n

【技术特征摘要】
1.小直径薄壁管氢致开裂试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、小直径薄壁管经过外壁(101)和内壁(103)处理除去氧化层或锈蚀层，保证小直径薄壁管设定壁厚与表面粗糙度，然后沿着长度方向截断成若干根单位长度的环形管段或沿轴向剖开得到的弧形段作为试样原管；
S2、试验前测量每个试样原管的几何尺寸，并进行脱脂处理；
S3、将试样原管置于试验容器中，试样原管之间相互间隔不小于设定距离，将试样原管固定；
S4、在试验容器中对试样进行氢致开裂腐蚀试验，待试验结束后取出试样原管清洗干燥后拍照，记录试样原管腐蚀后表面情况；
S5、获取金相面，当试样原管为母材(11)或直焊缝时，将试样原管按长度方向进行多份等分，等分面作为金相检查面；当试样原管为环形焊缝试样(21)时，将环形焊缝试样(21)在长度方向上进行N等分形成N个焊缝试样(21)子段；每个焊缝试样(21)子段两端面的水平切割后的上表面作为金相检查面，每一个金相检查面到对应焊缝试样(21)子段上表面的距离不同；
S6、标记金相检查面上的每一个裂纹(104)。


2.根据权利要求1所述的小直径薄壁管氢致开裂试验方法，其特征在于，在步骤S1中，对外壁(101)的处理方式是通过车床精车后用砂纸打磨或喷砂工艺进行处理，对内壁(103)的处理方式是通过镗、磨、喷砂工艺进行处理。


3.根据权利要求2所述的小直径薄壁管氢致开裂试验方法，其特征在于，为保证氧化层或锈蚀层去除干净，应尽可能多的去除试样表面的材料，所述试样原管的厚度至少为小直径薄壁管厚度的80％，且内外壁最多去除1mm。


4.根据权利要求1所述的小直径薄壁管氢致开裂试验方法，其特征在于，在步骤S4中试验处理的步骤如下：
S41、密封容器，向容器中注入高纯氮气；
S42、配置试验所需溶液，记录溶液初始pH，而后将溶液置于密封的配液容器内，向配液容器通入高纯氮气除氧；
S43、将配液容器中除过氧的试验溶液导入试样容器中，试验溶液量与试样表面积之比至设定范围，导入后，继续对试样容器除氧；
S44、向试样容器中通入硫化氢气体，而后采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，陈学东，范志超，孔韦海，胡盼，万章，刘燕，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34