酸性环境下的断裂力学:SENT和SENB试样的表征试验

目前，对于酸性环境下管道断裂韧性的确定还没有明确的指导方针。我们的专家,Rodolfo Amoriello开展了研究，以更好地理解SENT测试技术如何影响酸性环境下的断裂韧性。

对测试的需求日益增加断裂韧性在管道,特别是在酸环境中．酸性液体和气体的存在会使管道恶化，其影响范围从微小的针孔泄漏到灾难性的故障。

介绍

单边缺口拉力(SENT)试件通常给出的参数比紧凑型拉力(CT)或单边缺口弯曲(SENB)保守工程关键评估(ECA)和适合服务(FFS)用于分析含有缺陷的弯管时的计算。

总的来说，对于碳钢来说，H2S浓度的增加主要是由于氢脆效应导致断裂韧性下降。

因此，当考虑H2S效应时，ECA计算预测的最大容许缺陷尺寸较小。对于FFS，这意味着对于相同的缺陷大小，失效评估图上的初始定位更接近(甚至在)临界区。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，平衡试样几何形状的保守参数和更严格的腐蚀环境条件。

为了比较SENT和SENB样品在空气中的J-R曲线与在酸性环境中的J-R曲线，我们设计并测试了一些表征测试。本文讨论了SENT测试的结果。

测试设置

测试前的材料选择、安装程序和样品准备必须保证在所有测试阶段没有任何污染和持续存在H2S冒泡;从预加载到断裂力学试验结束。不对称容器的设计，以确保正确的溶液浓度，根据标准或客户的规格。由于测试是在H2S冒泡的情况下进行的，因此要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前，采用特殊的加载框架，在预先选定的载荷下，对试样进行H2S预充，加载框架可施加恒定载荷250kN。载荷稳定性在整个预装药过程中被监测，以保证裂纹稳定性。当出现裂纹扩展和试样分析时，试验停止。数据日志用于后续的调查和检查。利用直流电电位降(DCPD)系统在所有预充电帧之间进行电子顺序和循环切换来实现裂纹监测。DCPD电子放大器、滤波器、占空比和采样频率的设计在所有测量周期内都具有较高的精度。该软件用于控制DCPD系统，允许在测试期间实时估计裂纹扩展。预充电周期一般为1周。

样品从预装架上取下，用一辆小车移动到断裂力学测试架上，该小车旨在保证H2S的持续存在和测试安排的安全处理。

然后使用DCPD系统，在非常低的速度下进行断裂力学测试，SENT样品的最小速度为3.16 10 -3 M√M / s。对于SENB样品，最小速度为5 10-3M√m /s。溶液温度在240C±20C范围内。

整个测试持续时间通常在8到12小时之间。

试验装置特性

为了保证数据的准确性，对试验装置进行了多次试验比较。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分压0.2 bar(30%)与N平衡，最大氧气< 10 ppb

—预压:1wk @ 150MPa

转速:0.1√(仅WM);0.4√，4.0√[热影响区(HAZ)和WM(焊接金属)]

测试结果

X65、BxB 36 mm、表面缺口NQ、帽侧、热影响区(HAZ)、WM的测试结果如下J-R曲线所示。对每个样品使用相同的焊接团队，使用相同的设备和相同的材料批次进行焊接。每一系列的实验点代表了10个样本数据的平均值和标准差。另外10个样本已在空气中进行WM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“空中”曲线。

在酸性条件下预加载和试验的相关影响是:

-增加了“空气中”曲线数据的至少两倍的离散度

-对于所有“酸性条件下”的样品，在传播曲线的第一部分，J几乎为0 (Δa从0到≈0.1 mm)。

在大样品的SENT情况下，那些测试，残余应力的影响成为相关的样品在相对较高的负载下进行了一周的预充电。在预加载初期，预加载时间仅为150mpa，裂纹就出现了自发扩展现象。随后的残余应力测量强调了样品制备的机械加工和0.4%的预应变只会降低其值。

结论

在酸性条件下(H2S)，在H2S溶液中预充一段时间后进行断裂力学测试，得到的结果更接近实际应用中的材料行为。

一个专门的测试程序和设备已经设计和表征，以保证可靠的结果，可用于FFS / ECA。

实验数据表明，酸性条件对预加载和断裂力学都有显著的影响。在H2S存在的情况下，不同的测试速度对j曲线的测定有显著的影响。

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