本标准规定的试验方法是指管线钢在含有硫化氢水溶液的腐蚀环境中，吸氢引起的阶梯型破裂试验方法。本标准适用于壁厚为5～30mm的钢管。本方法不模拟现场任何特殊的使用条件，也不提供管线钢能否使用的判据，只提供一套能在相当短时间内辨别不同材料对阶梯型破裂敏感性的可重现的实验室环境条件和统一的试验方法。

1原理

1．1阶梯型裂纹是指管线钢在含硫化氢的水溶液中，产生的沿轧制方向扩展的并在相邻的裂纹相互连接时形成横截于厚度方向的．形似阶梯的j种特殊形状的裂纹。这种裂纹使管壁的有效厚度减薄，当管子受到外加应力时，常常发生破裂。

1．2管线钢的阶梯型破裂是由于钢吸收由腐蚀而产生的氢所引起的。当金属表面上阴极释放出原子态氢后(例如因腐蚀或阴极充氢)，由于硫化氢(或少许其他含有氰化物和磷、砷等化合物)毒剂的存在，促进原子氢向钢中扩散，并在夹杂物或其他微观组织结构等不连续区域聚集并形成分子氢，产生很高压力，从而形成阶梯型裂纹和(或)氢鼓泡。

1．3钢材阶梯型破裂敏感性的高低决定于该钢材在规定的环境中产生裂纹数量、长度和形状。本标准是将不受力的试样暴露于常温、常压、含饱和硫化氢的人工海水中，在规定试

验时间以后，取出试样，根据试样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其阶梯型破裂敏感性。

2试样

2．1试样尺寸

2．1．1试样长度为100±1mm，宽度为20±1mm。

2．1．2试样厚度是管壁厚度，以内外表面最多只能去掉1mm，如有必要试样坯料可以展平。

2．2试样数量，取样位置和取样方向

2．2．1应从每个试验管上切取三个试样。

2．2．2对于焊管应横切于焊缝取样，与焊缝成90^。或平行于焊缝(与焊缝成180^。)取样。

对于无缝管按圆周等距120^。取样。

2．2．3无缝管和纵向焊管的母材试样，应平行于管子纵轴。

2．2．4螺旋焊管的母材试样，应平行于焊缝。

2．2．5焊管的焊接区试样，应垂直于焊缝。

试样取向和试验后试样的切取和检查的位置如图1～5所示。

2．3试样制备

2．3．1可采用任何最方便的方法切取试样坯料。如果坯料采用气切，则气切表面的热影响区应用磨、锯或机加工方法将其全部去掉。

2．3．2试样的八个表面粗糙度均应达到Ra为0．80um。

2．3．3不允许试样表面带有涂层，应将试样的六个表面都暴露于试验溶液中。

2．4试样的清洗和储存

2．4．1暴露以前，每个试样都应用丙酮或其他适合的溶剂除油，油除得是否干净，可用表面喷雾试验测定，要求试样表面达到完全浸润。

2．4．2除油后的试样在干燥器中储存的时间不能超过24h。若需储存更长的时间，试样在暴露前应再除油。

2．4．3试验以后每个试样均需清洗以便去除腐蚀产物和沉积物。试样的清洗可采用去污剂、金属丝刷或小型喷砂器，但不宜用酸洗或任何其他可能促进氢吸收的清洗方法。

3试验设备

3．1本试验可以在任何方便的密闭的容器中进行，容器应有充分的容积放置试验试样并具有导入纯氮气和硫化氢气及排出废气的进出口管路。典型试验装置简示于图6中。

4试验条件及步骤

4．1试剂

4．1．1本试验使用的试剂是纯氮、硫化氢气体和人工海水。

注：硫化氢是剧毒的气体必须小心处理(见附录A)

4．1．2气体应采用化学纯等级，水应采用蒸馏水或去离子水(见附录B)。

4．1．3人工海水应按附录C配制。

4．1．4溶液体积与试样整个表面积的比，不得小于3ml／cm²。

4．2试验时间

4．2．1试验规定进行96h，时间从通硫化气体lh后开始计算。

注：在规定的96h试验时间内，试样中的裂纹虽得不到充分扩展．但对于本试验目的评定阶梯破裂敏感性而言，这个时间还是足够的。

4．3试验温良

4．3．1试验溶液的温度应保持25±3^。C。

4．4试验步骤

4．4．1试样应以窄面向下放在试验容器中，并用最小直径为6mm的玻璃或其他非金属棒把试样与容器及试样与文样之间彼此隔开，试样的纵轴可以相互垂直或平行(见图7)。

4．4．2只要满足规定的液面比并保证试样完全浸泡于溶液中，相互不接触，就可在一个容器中一次暴露。

4．4．3待试样放入容器后，将人工海水充入容器，测量并记录溶液的pH值。正确的pH值是8．1～8．3。然后密封容器，进行净化处理和通人硫化氢气体。

4．4．4纯氮气和硫化氢气体应从试验容器的底部附近通入。

4．4．5密封容器充入溶液后，应立即以大于每升溶液每分钟100ml的速度通入氮气，以排除空气，通氮时间至少1h。

4．4．6排除空气后，将硫化氢气体通人溶液，通气速度为每升溶液每分钟200ml，通气时间约lh。当溶液中硫化氢含量达到饱和后，通气速降至每升溶液每分钟10ml，以维持溶液的饱和浓度。

4．4．7试验结束时，应测量和记录溶液的pH值。当pH值在4．8～5．4时，试验有效。

5试样评定

5．1试样应按I～5图所示的位置切取和按指示的方向检查。

5．2为了把裂纹与小的夹杂物、分层、划痕和其他不连续部分区别开，每个断面都应进行金相抛光。如果需要，可以浸蚀，但只能轻微的浸蚀，因重的浸蚀可能遮蔽小的裂纹。

5．3裂纹应按图8进行测量，对每个试样裂纹率的平均值和每个断面的裂纹率都应计算和报告。

裂纹敏感率：CSR=∑(a*b)/W*T

裂纹长度率：CLR=∑a/W

裂纹厚度率：CTR=∑b/T

式中：a——裂纹长度，mm；

            b——裂纹厚度，mm；

           W——试样宽度，mm；

            T——试样厚度，mm；

注：①在计算CSR时，应按=∑(a*b)/W*T计算．不应按CLR×CTR即∑a/W*∑b/T确单计算。

②在测量裂纹长度和厚度时，应把距离小于0．5mml的两条或两条以上的裂纹均看作一条裂纹．除整条裂纹完全处在距试样表面1mm内者外，凡放大100倍所能识别的裂纹都应计算在内。为了区别断面上的小裂纹、夹杂物、表面的蚀坑或其他不连续部分可在高放大倍数下，对断面进行检查。

图8裂纹长度和宽度测量图

6试验结果的报告

6．1管子的类型、强度级别和制造方法都必须报告：制造厂、化学成分、热处理、机械性能和板加工数据若能知道也应报告。

6．2下面的试验条件都必须报告：

a．除油方法(2．4．1)；

b．通硫化氢以前人工海水的pH值(4．4．3)；

c．试验结束后试验溶液的pH值(4．4．7)。

6．3与本试验方法不一致的任何试验条件和操作方法都必须报告。

6．4在试样切断以前，要对每个产生氢鼓泡试样拍摄1倍或较高倍数的照片。每个试样只选氢鼓泡较严重的一个宽面照相。报告中必须包括这样的照片。

6．5每个试样切下的三个断面的CSR、CLR和CTR及每种试样的CSR、CLR和CTR的平均值都必须报告。

6．6试验结果的报告用下表和照片表示。

试验结果

试样号			CSR(%)	CLR(％)	CTR(％)
A		l
		2
	A-1	3
		平均值
		l
		2
	A-2	3
		平均值
		1
		2
	A-3	3
		平均值
	三个试样的平均值

 

附录A

处理硫化氢时的安全考虑补充件

A．1毒性

硫化氢所造成的工业中毒事故也许比任何其他单一化学药品要多，许多事故已导致死亡，因此应谨慎处理硫化氢。凡使用硫化氢的实验都要细致地布署。对于8h工作制的场所，空气中硫化氢最大允许浓度为20ppm，这一浓度已大大超过嗅觉能觉察的水平，但是嗅觉神经在这种气氛下经过2～15min后(取决于浓度)就会变得迟钝，因此嗅觉并不是一种完全可靠的报警系统。

下面简要地阐述一些人类对各种浓度硫化氢的生理学反应。在150～200ppm浓度范围中长期停留会导致肺水肿，在这个浓度范围中中毒的预兆症状是恶心、胃痛、打嗝、咳嗽、头痛、头昏眼花和水肿，在这种亚急性暴露下极可能引起肺的并发症，例如肺炎。在500ppm条件下，30min之内通常就失去知觉，并导致急性中毒反应。在700～1000ppm范围内不到15min就失去知觉，30min之内死亡。浓度超过1000ppm时一口深呼吸便瞬时失去知觉，接着因呼吸完全失效和心跳停止而迅速死亡。

A．2火灾和爆炸的危险

硫化氢是一种可燃性气体，燃烧产物是有毒的二氧化硫，此外，硫化氢在空气中的爆炸极限范围为4％～46％，应采取适当的预防措施来防止这些危险的发生。

A．3对试验时安全工作建议

试验均应在通气良好能排出全部硫化氢的毒气橱内进行，硫化氢流速应保持得很小，使硫化氢的排出量可减到最少。为了进一步减少硫化氢气体的排出量，对流出的气体可用10％NaOH溶液吸收，此溶液需要定期更新。应采取措施防止硫化氢中断时氢氧化钠溶液倒流进入试验容器，凡工作中用到硫化氢时，应备有适当的安全设施。

应特别注意压力调节器上的输出压力，因为下流压力因腐蚀产物碎片等物的堵塞而增大，可干扰低流速调节。贮气钢瓶应牢靠地固定住，防止钢瓶翻倒和头部破损。由于硫化氢在钢瓶内是以液态存在，当最后一点液态硫化氢蒸发后，压力从1．72MPa降到大气压所经历的时间较短，因此应经常检查高压表。压力降到0．52～0．69MPa时，调节器的控制可能出现波动，应调换钢瓶。不允许在不关闭阀门或未断开试验容器流管的情况下停止气流，否则溶液将继续吸收硫化氢，并倒流进人流线、调节器、甚至硫化氢钢瓶中去。在流线上装上止回阀，在止回阀正常工作情况下可以防止上述问题的发生。万一发生这样的事故，应尽快而又安全地排出剩余的硫化氢，并通知制造厂特别注意这个钢瓶。

附录B

试验方法的说明补充件

B．1试剂纯度要求的理由

对水中杂质主要关心两个方面，其一是碱性和酸性缓冲成分，它们会改变试验溶液的pH值；其二是有机和无机化合物，它们会改变腐蚀反应的本质。氧化剂会把部分硫化氢转变为可溶性产物，例如多硫化物和连多硫酸，它们也会影响腐蚀过程。

为了确保工业氯化钠的流动性良好，常加入碳酸镁、硅铝酸钠等碱性物质(不除去它们)，这些碱性物质会大大地影响pH值。为了获得较低的硫化氢分压的气体，需将氮(或其他惰性气体)与硫化氢不断混合，这样在溶液中也可得到一个较低的硫化氢溶度。在这种情况下，氮或其他惰性气体中如含有痕量杂质氧，氧化产物的积累就会导致腐蚀率的变化和(或)氢进入金属速度的变化。

B．2排除和隔绝氧的理由

在现场和试验室的研究中已注意到氧的重要影响，因此创造具有最少溶解氧污染的环境并保持这种状况是非常重要的。在含有硫化氢的盐水中氧的污染能引起腐蚀率剧增二个数量级。一般说来，氧也能减少氢的放出和减少氢进入金属，然而系统地研究影响这些现象的参数(如应用于阶梯型破裂)在文献中还不曾报导过。有时将少量氧或多硫化铵加入到含水的精炼馏分中去，同时小心地控制pH值到8左右，以减少腐蚀和氢鼓泡，此作用可归因于腐蚀产物的改变。在缺乏充分的数据足以确定和阐明这些现象对阶梯型破裂影响的情况下，认为应采取一切合理的预防措施来排除和隔绝氧。本标准方法所用的预防措施仅增加少许费用、困难或复杂性，但却使氧的影响减到最小。

C．1  1号原液配制

MgCl₂^.6H₂O                                                           3889.0g/7L

        CaCl₂                                                                                            406.6g/7L

        SrCl₂^.6H₂O                                                             14.8g/7L

C．2  2号原液配制

KCl                                                                            486.2g/7L

NaHCO₃                                                                   140.7g/7L

KBr                                                                             70.4g/7L

H₃BO₃                                                                       19.0g/7L

NaF                                                                            21g/7L

附录C

人工海水的配制及化学成分补充件

C．3人工海水配制方法

称245．34gNaCl和40．94g无水Na₂SO₄溶于8～9L蒸馏水中，在缓慢而有力的搅拌下加入200ml号原液和100ml2号原液，然后将总体积稀释到10L，用0．1NNaOH溶液调整pH值到8．2。

C．4人工海水化学成分

NaCI                                                                           24．53g／L

MgCl₂                                                                         5．20g／L

KBr                                                                              0．101g／L

H₃BO₃                                                                                               0．027g／L

Na₂SO₄                                                                                            4．09g／L

CaCl₂                                                                         1．16g／L

KCl                                                                              0．695g／L

SrCl2                                                                          0．025g／L

NaF                                                                             0．003g／L

NaHCO₃                                                                                           0．201g／L