金属件应力导向氢致开裂SOHIC试验 NACE TM0177A法

金属件应力导向氢致开裂（SOHIC）试验与NACE TM0177 A法的关系及试验要点

一、SOHIC试验与NACE TM0177 A法的定位差异

1. SOHIC试验
   SOHIC（Stress-Oriented Hydrogen-Induced Cracking）是模拟湿硫化氢环境下金属材料开裂敏感性的专项试验，其核心特征为：

• 裂纹形态：裂纹垂直于主应力方向扩展，呈阶梯状“之”字形分布，由氢聚集引发的局部应变导致。

• 敏感区域：常见于焊缝热影响区、高应力集中区及材料夹杂物处。

• 试验标准：主要依据NACE TM0103-2015《评价湿硫化氢环境下钢板的抗应力导向性氢致开裂（SOHIC）性能的实验室试验方法》。

2. NACE TM0177 A法
   NACE TM0177是金属材料在含H₂S酸性环境中抗硫化物应力开裂（SSC）和应力腐蚀开裂（SCC）的通用标准，其中A法为标准拉伸试验，其核心要点为：

• 溶液：含H₂S的酸性水溶液（如Test Solution A/B/C/D）。

• 温度：24±3℃（Methods A/B/C）；24±1.7℃（Method D）。

• 压力：常压或非环境条件（需按Section 7操作）。

• 试验目的：通过单轴拉伸加载评估材料抗环境开裂能力，测定临界无开裂应力阈值。

• 试验条件：

• 试验周期：720小时。

• 结果判定：试样平行段断裂或表面出现裂纹（10倍放大镜观察）视为不合格。

二、NACE TM0177 A法在SOHIC研究中的应用

1. 间接关联性
   NACE TM0177 A法虽未直接针对SOHIC设计，但可通过以下方式间接评估材料对SOHIC的敏感性：

• 应力加载：A法通过恒载荷装置施加单轴应力，模拟实际工况中的机械载荷，可诱发氢致开裂。

• 环境模拟：含H₂S的酸性溶液与SOHIC实际环境一致，氢渗透是两者共同的腐蚀机制。

• 数据参考：A法测得的临界应力阈值可作为SOHIC敏感性的基础参考，但需结合其他试验（如NACE TM0103）综合判断。

2. 局限性

• 裂纹形态差异：A法主要诱导SSC（硫化物应力腐蚀开裂），裂纹沿应力方向扩展；而SOHIC裂纹呈阶梯状，需通过特定试验（如NACE TM0103）复现。

• 敏感区域覆盖不足：A法试样通常为机加工标准件，难以直接模拟焊缝热影响区或夹杂物处的局部应力状态。

三、SOHIC试验的关键要求（以NACE TM0103为例）

1. 试样设计

• 尺寸：双梁试验标准样品尺寸为长×宽×厚=≥305mm×38mm×13mm；小尺寸试样为长×宽×厚=≥146mm×≥4.6mm×25mm。

• 取样方向：焊接试样应垂直于焊缝取样，以捕获热影响区的应力分布。

• 表面处理：避免机加工缺陷，推荐电解抛光（Cr≤1.5%的低合金钢需验证与机械抛光等效性）。

2. 试验条件

• 溶液：含H₂S的酸性水溶液，需严格控制pH值、Cl⁻浓度及溶解氧含量（低合金钢<50 ppb，高强钢及CRA<10 ppb）。

• 温度：通常为室温（24±3℃），但需根据材料特性调整。

• 应力加载：通过恒载荷装置施加应力，需避免扭应力或偏心加载导致的非正常失效。

3. 结果评估

• 裂纹形态：需观察阶梯状“之”字形裂纹，以区分SOHIC与SSC。

• 失效标准：试样平行段出现裂纹或断裂视为不合格，需记录裂纹位置、长度及深度。

四、试验操作的核心注意事项

1. 除氧与H₂S饱和

• 溶液预脱氧：密封容器中通入N₂（≥100 mL/min/L）≥1小时。

• 测试容器脱氧：空容器通N₂≥1小时，溶解氧达标后转移溶液。

• H₂S饱和：通H₂S气体（≥100 mL/min/L）至饱和（≥1小时），需验证溶解H₂S浓度（碘量滴定法或色度法）。

2. 试样加载与固定

• 应力计算：应力=载荷/试样截面积，使用校准设备加载，误差≤1%。

• 避免偏心：对试验装置良好润滑，减少装夹过程中产生的偏心，防止变径处非正常断裂。

3. 安全与防护

• 操作区域：通风橱或密闭系统，配备H₂S检测报警仪。

• 个人防护：防毒面具、化学护目镜、耐腐蚀手套。

• 废气处理：10% NaOH溶液吸收，禁止直接排放。