氢致开裂试验

一、‌定义与目的‌

氢致开裂（Hydrogen Induced Cracking, HIC）是金属材料在含硫化氢等腐蚀性环境中因氢原子渗透引发的内部裂纹现象，常见于石油天然气管道、压力容器等场景。

试验旨在评估材料在湿硫化氢（H₂S）环境下的抗裂纹扩展能力，确保设备在极端工况下的安全性。

二、‌试验方法‌

‌试样制备‌

材料需取自实际工件（如管线钢、压力容器板材），加工成标准化尺寸，表面需经除油、除锈处理以消除干扰。

部分新型夹具支持多试样同步测试，提升效率（如本钢板材专利中的“多卡槽设计”）。

‌环境模拟‌

测试溶液采用酸性盐水或模拟含硫介质，通过持续通入H₂S气体模拟实际腐蚀环境。

装置需配备防倒流阀、磁力搅拌器等部件，确保溶液均匀性与气体浓度稳定。

加载方式‌

‌传统方法‌：四点弯曲加载，监测材料在单一应力下的裂纹扩展。

‌复合应力加载‌：天津钢管专利提出结合扭转载荷与弯曲载荷，更贴近复杂工况。

三、‌核心设备与技术‌

‌新型加载装置‌：

天津钢管开发的“应力导向氢致开裂评价试验装置”通过巨字形框、弯曲加载螺丝等组件实现弯曲+扭转复合应力加载。

本钢板材的“高强钢氢致延迟断裂测试装置”采用模块化卡槽设计，可同时测试多个试样并适应超高强度（2GPa）需求。

‌气体控制与安全防护‌：

硫化氢气体流量采用数显式控制柜与防腐流量计精确调节，废气通过氢氧化钠溶液中和处理。

四、‌标准与流程‌‌核心标准‌

国际标准‌：NACE TM 0284（HIC评定）、NACE MR0175（含硫环境材料选型）。

‌国内标准‌：GB/T 8650-2006（管线钢评定）、GB/T 39039-2020（高强钢延迟断裂评价）。

‌测试流程‌

① 试样预处理（除油、除锈）；

② 安装至反应器并注入腐蚀介质；

③ 加载应力（单一或复合模式）；

④ 通入H₂S气体，控制温度、压力等参数；

⑤ 浸泡72-96小时后取出，通过金相显微镜分析裂纹长度比（CLR）、厚度比（CTR）等指标。

五、‌应用领域‌

‌油气输送‌：评估管线钢在含硫天然气环境中的耐久性。

‌压力容器‌：验证储罐、锅炉等设备在H₂S介质下的抗裂性能。

‌高强钢开发‌：测试1000MPa以上钢材的氢致延迟断裂敏感性（如汽车、桥梁用钢）。

六、‌注意事项‌

‌安全防护‌：需配置H₂S浓度监测仪、防毒面具及通风系统，避免人员中毒。

‌结果偏差控制‌：试样制备精度、溶液均匀性及气体纯度直接影响数据可靠性。

‌技术局限‌：极端温度/压力环境需结合其他腐蚀试验（如SSC）综合评估。

通过氢致开裂试验，可精准量化材料抗氢脆性能，为工程设计、材料选型提供关键技术支撑。