酸性介质中的断裂力学:SENT和SENB试样的一些表征试验

目前，对于如何在酸性环境下建立管道的断裂韧性还没有明确的指导方针。我们的专家,Rodolfo Amoriello已经开展了研究，以更好地了解SENT测试技术如何影响酸性服务的断裂韧性。

对测试的要求越来越高断裂韧性在管道,特别是在酸环境中．含酸流体和气体的存在会使管道恶化，其影响从细小的针孔泄漏到灾难性的故障。

介绍

众所周知，单边缺口拉伸(SENT)试样通常给出的保守参数比紧凑拉伸(CT)或单边缺口弯曲(SENB)要少工程关键评估(ECA)和服务适合度(FFS)用于含缺陷管道弯曲分析时的计算。

一般来说，对于碳钢，H2S浓度的增加主要是由于氢脆效应导致的断裂韧性下降。

因此，当考虑H2S效应时，最大可容忍缺陷尺寸(ECA计算预测)较小。对于FFS，这意味着对于相同的缺陷大小，故障评估图上的初始定位更接近(甚至在)关键区域。在酸性环境中执行SENT测试有望为ECA/FFS分析提供更接近真实材料行为的数据，以平衡在更严格的腐蚀环境条件下使用的试样几何形状的典型不那么保守的参数。

设计和测试了一些表征测试，以比较空气中的J-R曲线和酸环境下的J-R曲线，SENT和SENB样品。本文对SENT试验结果进行了讨论。

测试设置

测试前的材料选择、安装程序和样品准备必须确保在所有测试阶段没有任何污染和持续存在H2S鼓泡;从预加载到断裂力学试验结束。非对称容器的设计是为了确保正确的溶液浓度根据标准或客户的规格。由于该测试是在硫化氢鼓泡的情况下进行的，因此特别注意确保正确的健康和安全条件以及对操作人员和测量仪器的保护。

在进行断裂力学试验之前，试样在预先选定的载荷下预充入H2S，采用能够施加250kN恒定载荷的特殊加载框架。在整个预充料时间内，对载荷稳定性进行监测，以获得裂纹稳定性。当出现裂纹扩展和试样分析时，停止试验。保存数据日志，以备日后调查和检查。裂纹监测是通过直流电势降(DCPD)系统实现的，该系统在所有预充电帧之间依次、循环地进行电子切换。DCPD电子放大器、滤波器、占空比和采样频率在整个测量周期内都具有很高的精度。该软件用于控制DCPD系统，可以实时估计测试期间的裂纹扩展。预充电周期一般为1周。

为了保证H2S的持续存在和测试安排的安全处理，设计了一辆小车，将样品从预充架上移至断裂力学测试架。

然后使用DCPD系统在极低的速度下进行断裂力学测试，SENT样品的断裂速率最低为3.16 10 -3 M√M / s。对于SENB样品，最小速度为5 ~ 3m√m /s。溶液温度在240C±20C范围内。

整个测试时间通常在8到12小时之间。

试验装置特性

为了保证数据的准确性，在试验装置上进行了多次试验对比。下面的图表中报告了一些使用以下测试条件的例子:

-测试溶液:NACE测试溶胶B, H2S 0.2 bar分压(30%)，平衡N, max O2 < 10 ppb

-预加载:1wk @ 150MPa

-速度:0.1√(仅WM);0.4√，4.0√[热影响区(HAZ)和焊缝金属)]

测试结果

SENT样品，X65, BxB 36 mm，表面缺口NQ，帽侧，HAZ, WM的测试结果如下图所示。每个样品使用相同的焊接团队进行焊接，使用相同的设备和相同的材料批次。每组实验点表示10个样本数据的均值和标准差。另外10个样本已经在WM空气中进行了测试，以作比较。

酸性环境和不同测试速度的综合影响是显而易见的:速度越高，数据越接近“空气中”的曲线。

酸性条件下预加载和试验的相关影响如下:

-增加离散至少两倍的数据与“空中”曲线，

-对于所有“sour conditions”样品，在传播曲线的第一部分J几乎为0(从0到≈0.1 mm为Δa)。

在大样本的SENT情况下，正如那些测试的，残余应力的影响成为相关的样品在相对较高的负荷下预充一周。在早期预确认阶段，仅经过几天的预加载(@150MPa)，就观察到自发裂纹扩展。随后的残余应力测量强调了样品制备的加工和0.4%的预应变只降低了它们的值。

结论

在H2S溶液中预充一段时间后，在酸性条件下(H2S)进行断裂力学试验，得到了更接近实际材料性能的结果。

我们设计了专用的测试程序和仪器，以保证可用于FFS / ECA的可靠结果。

实验数据表明酸条件对预加载和断裂力学都有显著影响。在H2S存在下，不同的测试速度对j曲线的测定有显著影响。

如需更多关于SENT、SENB、断裂韧性、断裂力学测试的信息，请联系Rodolfo Amoriello进行进一步讨论今天联系我们．