【国家标准(GB)】 管线钢抗阶梯型破裂试验方法

中华人民共和国国家标准
管线钢抗阶梯型破裂试验方法
Tegt method of pipelinc stcels forresistance tis stepwise crackingUDC 669.14 - 620
.184. 6
GB8650-88
本标推规定的试验方法是指管线钢在含有蔬化氢水溶液的腐蚀环境巾，吸氢引起的阶梯型破裂试验方法。本标准适用于壁厚为5～30 mm的铜管。本方法不模拟现场任何待殊的使用条件，也不提供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墩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巾,产生的沿轧制方向扩展的并在相邻的裂纹相瓦连接时形成横截于厚度方问的，形似阶梯的一种特殊形状的裂纹。这种裂纹使管壁的有效厚度减薄，当管受到外珊应力时，常常发生破裂：1.2管线钢的阶梯型破裂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改出原了态氢后(例如因腐蚀或阴极充氢)由于硫化氮（或少许其他含有氰化物和磷、确等化合物)毒剂的存在，促进原了氢向钢中铲散，并在夹杂物或其他微观组织结树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材在规定的环境中产生裂纹数策、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=1 mm,宽度为20±1 mm。2. 1.2试样厚度是管壁厚度,以内外表面最多只能去掉1 mm,如有必要试样坏料可以展平。2.2试样数量、取群位置和取样方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鞋取样，与焊缝成90°或平行于焊缝（与焊缝成180°)取样。对于无链管按圆周等距120\摔。
2.2.3尤缝省和纵向焊的母材试样，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圾和检查的位置如图 1 ~5 所示。中华人民共和国冶金工业部1988·0118批准1989-02-01实施
GB 8650—88
直缝管的焊缝区
1—管轴向和轧向:2
焊缝，3一检查面；T—试样厚度图2螺旋焊管母材试样取样部位
[-焊缝，2轧向;3—轴向；4—检查面，T一试样厚度；肯壁序图3螺旋焊横焊缝试样取样部位
1—焊缝：2—替轴间：3梭连面+1—轧向：—管壁厚：7一战样厚度2.3试样制备
GB 8650—88
图4板材试样取样部位
1一轧向;2-检在面，T—试拌厚度；—板材厚度图5螺旋焊曾纵向焊试样取样部位1—焊;2—向;3-轴向;4一检查面,T—试样厚度;t-管壁2.3.1可采用任何最方便的方法切取试样坏料。如果坏料采用气切，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撑2.3.2试样的六个表面粗度均应达到.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既于试验落液中。2.4试样的猜洗和储存
2.4.1黎露以前，每个试样都应用丙酮或其他适合的溶剂除油，油除得是否十净，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，试样在桑露前应再除油。
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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情洗方法。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暨试验试样，并具有导入纯氮气和硫化氢气及排出度气的进出口管路。典型试验装置简示下图6中。hn
图6试验装置简图
1-硫化氛瓶；2—流其计，3—捕集瓶；4-试样，5—试验溶液；6—10%氢氧化溶液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、硫化氢气体和人工海水。注：殖化氢是剧毒的气林，必筑小心处理（见附求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人工游水应按附录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/cm。4.2试验时间
4.2.1试验规定进行96h，时间从通硫化氢气休1 h后始计算。注，在规定的96h试验时间内，试样中的裂效虽得不到充分扩畏，但对了本试验目的评定阶梯破裂敏感性而音，这个时问还是足够的，
4.3试验温度
4.3.1试验溶液的温度应保持25土3℃。4.4试验步骤Www.bzxZ.net
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摔把试样与与客器及试样与试样之间彼此隔开，试样的纵轴可以相五垂直或平行（见图7)。4.4.2只要满足规定的液面比并保证试样完全漫泡于溶液中，相互不接触，就可在一个器巾一次暴露。
4.4.3待试样放入容器后，将人工海水充入穿器，测最并记录溶液的pHI值。正确的pH值是8.1~8.3。然后密封容器，进行净化处理和通入硫化氢气体。4.4.4纯氮气和巯化氢气体应从试验容器的底部附近通入。GB 8650—88
图？试样在溶液中放置方法
1一试样窄面+2—试伴宽面;3—坡瞩或其他非金属棒4.4.5密封器充入溶液后，应立即以太于每升溶液每分钟100mL的速度通入氮气，以排除空气，通氮时间至少[ h。
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1h。当溶液中硫化氢含量达到饱和后，通气速度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,应测量和记录游液的pH值。当 pH值在4. 8~5. 4时，试验有效。5试样定
5. 1试样应按 1~5 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揽光。如果需要，可以浸蚀，但只能轻微的没蚀，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：
黎纹长度率，
裂纹厚度率：
武中：a
裂纹长度，mm；
裂纹厚度，mm；
试样宽度，mm；
CSR =XP×100%
×100%
T-试样厚度，mm。
注：D 年计算 CSR 时,既按(XP)×100% 计算，不应接 CIRXCTR即 Ze/W×≥8/T 简单并算。(1)
（2）
在测量裂纹长度和序度时，应把更离小于0.5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倍所能识别的裂效都应计算在内。（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带分，可征高放大倍数下，对断面进行接查)。6试验结票的报告
GB 8650—88
图8裂纹长度和宽度测量图
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、机裁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：除油方法(2.4.1),
通硫化氧以前人工海水的 pH值(4.4.3)；b.
试验结束后试验熔液的pH值(4.4.7)。c.
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，婴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。试样
GB 8650—88
试验结果
CSR(%)
平约值
平均值
平均值
三个试样的平均值
CLR(%)
CTR(%)
A.1毒性
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附录A
处理硫化氢时的安全考虑
（补充件）
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-浓度已大大超过嗅觉能觉察的水平，但是膜觉神经在这种气氧下经过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150～200 ppm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，打呕、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，例如炎。在500pm条件下，30min之内通带就失去知觉，并导致急性中毒反啦。在700100ppm范国内不到15min就失去知觉，30min之内死亡。获度超过1000ppm时·-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%，应采适当的预防措施来防正这些危险的发生。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碰化氢的毒气橱内进行，碰化氢流速应保持得很小，便疏化氢的罪出量可减到最少。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萨片等物的堵塞而增太，可于扰低流速调节。贮气钢瓶应牢靠地固定住，防止钢瓶翻倒和头部破据。由干破化氢在钢瓶内是以森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(. 52～0. 9 MPa 时，调节器的控制可能出现被动，应调换铜瓶。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.其至硫化氢钢瓶中去。在流线上装上止回阀，在止回阀正常工作情况下可以防止,上述间题的发生，万一发生这样的放，应尽快而又安全地排出剩余的硫化氢，并知制造厂特别注意这个钢瓶。..comB. 1试剂纯度要求的理由
GB8650—88
附录B
试验方法的说明
（补充件）
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巯酸，它们也会影响魔蚀过程。为了确保工业氯化钠的流动性良好，常加入碳酸镁，硅铝酸钠等磁性物质（不除去它们），这些碱性物质会人大地影响pH值
为了获得较低的硫化氧分压的气体，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浓度。在这种情况下，氮或其他情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，因此创道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闻明这些现象对阶梯型裂影响的情况下，认为应采取--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。
..comC.11号原液配制
MgCl-6H,U
SrCl,6H.0
C.22号原液配制
C.3人工海水配制方法
GB8650—88
附录C
人工海水的配制及化举成分
（补充件）
3 889, 0 g/7 L
406. 6 8/7 L
14. 8 g/7 L
486. 2 g/7 L
140. 7 B/7 L
70. 4 B/7 L
19, 0 g/7 L
2. 1 B/7 L
称 245. 34 g NaCI 和 40. 94 g 无水 Na,SO, 溶于 8 ~ 9 L 蒸馏水中, 在缓慢而有力的搅拌下加人200mL 1 号原液和 100 mL2 号原液,然后将总体积稀释到 10 L,用 0. 1 N NaOH 溶液调整 pH 值到 8. 2。C.4人工海水化学成分
附加说明：
24.53 g/L
5. 20 g/L
4. 09 区/L
NaHCO,
本标准由冶金工业部钢铁研究总院负责起草。本标准主要起草人陈树俊。
GB 8650 : 881
本标准水平等级标记
0. 101 g/L
0. 027 B/L
0. 025 g/L
0. 003 g/L
0.201 g/L
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