含酸工况下的断裂力学:SENT和SENB试样的一些表征试验

目前, 对于如何建立酸性使用环境下管道的断裂韧性，目前尚无明确的指导方针. 我们的专职专家， Rodolfo Amoriello 为了更好地理解SENT测试技术是如何影响酸性环境下的断裂韧性的，我们进行了研究.

对测试的需求越来越大 断裂韧性 特别是在管道中 在酸性环境中. 酸性流体和气体的存在会导致管道恶化, 其影响范围从微小的针孔泄漏到灾难性的破坏.

介绍

众所周知，单边缘缺口张力(SENT)试样通常比致密张力(CT)或单边缘缺口弯曲(SENB)给出的参数更保守 工程关键评估(ECA) 和 适合服务(FFS) 用于分析含有缺陷的管道弯曲时的计算.

在一般情况下, 碳钢, H2S浓度的增加导致断裂韧性下降，主要是由于氢脆效应.

因此, 当考虑H2S效应时，最大可容忍缺陷尺寸(由ECA计算预测)较小. 关于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)临界区域. 在酸性环境中执行SENT测试，预计将为ECA/FFS分析提供更接近实际材料性能的数据, 平衡不太保守的参数，典型的试样几何形状使用更严格的腐蚀环境条件.

设计并测试了一些表征试验，对SENT和SENB样品在空气中的J-R曲线与酸性环境中的J-R曲线进行了比较. 本文讨论了SENT试验的结果.

测试设置

材料选择, mounting procedure 和 sample preparation before executing the test must guarantee the absence of any contamination 和 the continuous presence of H2S bubbling during all test phases; from pre-loading to the end of the fracture mechanics test. 不对称容器的设计是为了保证正确的溶液浓度，根据标准或客户的规格. 因为测试是在H2S冒泡的情况下进行的, 应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.

断裂力学试验前, 样品在H2S中预先充电，使用特殊的加载框架，能够承受高达250kN的恒定载荷. 在整个预充药期间监测载荷稳定性，以确保裂纹稳定性. 当出现裂纹扩展并对试样进行分析时，停止试验. 数据日志被保存，以备将来调查和检查. 裂缝监测是通过直流电位下降(DCPD)系统实现的，该系统在所有预充帧之间依次和循环地进行电子切换. DCPD电子放大器, 过滤器, 占空比和采样频率的设计在整个测量周期内都具有很高的精度. 该软件是为了控制DCPD系统而开发的，可以实时估计测试过程中的裂纹扩展情况. 预充期一般为1周.

样品从预充液框架中取出，并使用手推车移动到断裂力学测试框架中，以确保H2S的持续存在和测试安排的安全处理.

然后在极低的速度下进行断裂力学测试，最小速度为3.16 10 -3 M / M / s用于SENT样品，使用DCPD系统. 对于SENB样品，最小速度为5 10-3M√m /s. 溶液温度为240℃±20℃.

整个测试持续时间通常在8到12小时之间.

测试设备特性

为了保证数据的准确性，在试验装置上进行了多次对比试验. 下面的图表中报告了使用以下测试条件的一些示例:

-测试溶液:NACE测试液. B h2s 0.2 bar partial pressure (30%) balanced with N, max O2 < 10 ppb

-预加载:1周@ 150MPa

– F.M.速度:0.1√(只有WM).4 √ ,4.0√[热影响区(HAZ)和焊缝(WM)]

测试结果

SENT样品的测试结果, X65, BxB 36mm, 表面缺口NQ, 从帽侧开始, HAZ和WM如图J-R曲线所示. 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. 每组实验点代表10个样本数据的均值和标准差. 另外10个样本在空气中的WM中进行了测试以进行比较.

酸性环境和不同测试速度的综合影响是明显的:速度越高，数据越接近“在空气中”的曲线。.

预加载和酸性条件下试验的相关影响如下:

增加了至少两倍的数据相对于“空中”曲线的离散度

-对于所有“在酸性条件下”的样品，在繁殖曲线的第一部分J几乎为0 (Δa从0到≈0).1 mm).

在发送大样本的情况下, 那些被测试的人, 残余应力的影响与样品在相对高负荷下预充一周有关. 在资格预审的早期阶段, 仅在预加载几天后就观察到自发裂纹扩展, @150MPa. 随后的残余应力测量强调了样品制备和预应变在0.4%的人只是降低了他们的价值.

结论

在H2S溶液中预充一段时间后，在酸性条件下(H2S)进行断裂力学测试，结果更接近实际应用中的材料性能.

设计了专门的测试程序和设备，并对其进行了表征，以保证可用于FFS / ECA的可靠结果.

实验数据表明，酸性条件对预加载和断裂力学均有显著影响. 在H2S存在的情况下，不同的试验速度对j曲线的测定有显著影响.

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