GB T 8650-2006 管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法.pdf

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1、ICS 77.060 H 25 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 8650-2006 代替GB/T8650-1988 2006-03-02发布管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法Evaluation of pipeline and pressure vessel steels for resistance to hydrogen-induced cracking 中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员:2006-09-01实施GB/T 8650-2006 前言本标准修改采用美国腐蚀工程师协会标准NACETM0284-2003(管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法。本标

2、准与NACETM0284一2003的主要差异为:一增加第2章，规范性引用文件。本标准代替GB/T8650一1988(管线钢抗阶梯型破裂试验方法。本标准与GB/T8650-1988比较主要变化如下:增加第2章规范性引用文件;一一增加压力容器板试样的试样尺寸、取样方向和试样数量、试样制备、试样的清洗和储存。本标准附录A是规范性附录，附录B、附录C是资料性附录。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会归口。本标准起草单位:钢铁研究总院、中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、冶金工业信息标准研究院、宝山钢铁集团公司。本标准起草人:王站、金明秀、姜放、宋德琦、桂明祥、柳泽燕、冯

3、超、曹晓燕。本标准1988年1月首次发布。I 1 范围管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法GB/T 8650-2006 1. 1 本标准规定了管线钢和压力容器钢板在4水溶液的腐蚀环境中，由于腐蚀吸氢引起的含饱和H2S的氯化铀暴露规定的时间后，1. 3 本试验方法巩注:试验时间也1. 4 本标准并不的试验方法是超下列文件中ASTM Dl141 ASTM F21 用券、注:硫化氢是剧毒的气体，必须小心处3.2 氯化铀和冰乙酸应该用试剂级的化学药品。m)电阻焊(ERW)和无缝管线斗应该与其他管道钢管用相选或其他目的3.3 气体应该是试剂级或化学纯气体，水应该用蒸馆水或去离子水(见附录B)。3. 4

4、人工海水应该按照ASTMD1l41标准中的标准溶液1号或2号来配制(不含重金属离子)。4 试验设备4. 1 本试验可以在任何方便的密闭容器中进行，容器应该有足够的容积放置试验试样，并且具有充气和导人硫化氢气体的进出口管路。试验装置中涉及的任何一种材料都不应该污染试验环境或者与试验环境发生反应。图l为典型的试验装置简图。GB/T 8650-2006 H，S气瓶5 管线钢试样5. 1 试样尺寸流量计集气瓶图1典型的试验装置简图5. 1. 1 试样长度为100mm士1mm，宽度为20mm:l: 1 mm。5. 1. 2 试样厚度为管的整个壁厚，最大30mm，如果整个壁厚超过了30mm，试样厚度或者是

5、管的整个壁厚的最大厚度限制在30mm内，这将在第6章中描述。每个表面(即内表面和外表面)最多只能各去掉1mm，不可以矫平试样。5.1 . 3 对于小直径、薄壁电阻焊(ERW)和无缝管线钢管，试验试样的厚度必须至少为管壁厚度的80%。在这种情况下，应直接使用从管线钢管上切取的弧形试样进行试验，试样坯料不应矫平。5. 2 试样数量、取样位置和取样方向5.2.1 应从每个试验管上切取三组试验试样。5.2.2 对于焊接管应在焊缝，与之成90。和180。处取样。对于无缝管按圆周等距1200取样。5. 2. 3 从管上截取的试样的纵轴:2 a) 无缝钢管和纵向焊管的母材金属，应平行于管的纵轴;b) 螺旋焊

6、管的母材金属，应平行于焊缝;c) 焊管的焊接区，应垂直于焊缝;d) 小直径电阻焊钢管的焊接区，应平行于焊缝。焊缝应该近似在试样的中线上。试样取向和暴露后试样的切取和检查的位置如图2图6所示。检查团图2无缝钢管和纵向焊接管的母材金属取样部位单位为毫米固3纵向焊接管的焊缝区取样部位检查面.电阻焊(幼小直径，薄壁厚(b)大直径圈4ERW管的焊缝区取样部位检查面圈5螺旋焊管的母材金属取样部位GB/T 8650-2006 单位为毫米单位为毫米单位为毫米3 GB/T 8650-2006 5. 3 试样制备5.3. 1 可采用任气割表面的热影口5.3.2 试样的/5. 3. 3 试样的仨5. 3. 4 对于

7、小工或打磨(干法5. 4. 1 试验前，酬。可以依照AS再次脱脂。5.4. 3 暴露试验后，油记微喷砂，但不允许酸洗旦6 压力容器板试样6. 1 试样尺寸、6. 1. 1 试样长度为100mm:!: 1 mm，宽检查丽6. 1. 2 轧制表面最大可去掉1mm。试样坯料可不矫平。单位为毫米6. 1.3 试样的厚度即板的厚度，最大到30mm。对厚度大于30mm的板，试样应该依据5.2. 3和5. 2. 4节中的要求交错排列。6. 2 取样位置、取样方向和试样数量6.2.1 对于压力容器钢板，试样应该在板端宽度的中间处取样，并使试样的纵向轴平行于板的主轧制齐向。6. 2. 2 对于厚度最大为30mm

8、(包含)的板材，可按图7中所示切取三个试样。4 6. 2. 3 对于厚度在30样，每个试样厚30m 重叠层。图9超过88mm厚的板的试样的切取位置GB/T 8650-2006 单位为毫米表面和中线处切取三个试的实际厚度，确定试样单位为毫米单位为毫米5 GB/T 8650-2006 7 试验步骤7.1 试验7. 1. 1 应该将试样宽面垂直的放人试验容器中，井用最小直径6mm的玻璃或其他非金属棒把试样与容器及试样与试样之间彼此隔开。试样的纵轴可以相互垂直或平行(见图10)。试样宽面固10试样在试验箱中放置方法7.1.2 试验溶液量与试样表面积之比应不小于3mL/cm2。只要满足规定的比值并保证试

9、样完全浸没在洛液中且相互不接触，就可以在一个容器中放置尽可能多的试样同时暴露。7. 1.3 如果使用榕液A，潜液在单独密封容器中制备，并在导人试验容器前，以每分钟每升榕液100 mL的速度通入氮气至少1h，以排除空气。试验溶液由在蒸馆水或去离子水中加入5.0%质量分数的氯化铀和0.5%质量分数的冰乙酸组成，例如，50.0g的氯化铀和5.00g的冰乙酸应该搭入945g的蒸馆水或去离子水中。初始的pH值应该是2.7:l: 0. 1。所有加入榕液中的试剂都应精确到规定量的土1.0%。7. 1. 4 如果使用溶液B，将人工海水充入试验容器中(见3.4条)，并测量和记录搭液的pH值。对于本试验，人工海水

10、的有效pH值应该在8.18.3范围内。然后密封试验容器，进行除氧处理和通入饱和硫化氢气体。7.2 除氧处理和导入畸化氢气体7.2. 1 纯氮气和硫化氢气体应该从试验容器的底部附近导人。7.2.2 密闭的试验容器中应至少通入1h氮气，以便排除空气。试验容器中充满榕液后应以每分钟每升溶液100mL的速度立即开始除氧。7.2.3 除氧后，将硫化氢气体通人溶液。在前60min内，通气速度至少为每分钟每升溶液200mL，然后须保持硫化氢气体为正压。用腆量法来测试验溶掖中的硫化氢浓度，其最小浓度为2300X 10-6 (体积分数)。一个公认的腆量法的操作程序在附录C中详细描述。7.3 pH值的测量7.3.

11、1 如果使用榕液A，试验开始时，在硫化氢饱和后应立即测定溶破pH值，其值不得超过3.3。如果使用榕液B.在硫化氢饱和后立即测量溶液pH值，其值应在4.85. 4范围内。7.3.2 试验结束时，应该测量和记录榕液的pH值。对于榕液A，试验的有效pH值不应超过4.0。对于溶液B，试验的有效pH值应该在4.85. 4范围内。7.4 试验时间试验规定进行96h。试验时间应该从通人硫化氢气体1h后开始计算。7.5 试验温度试验溶液的温度应保持250C士30C。6 GB/T 8650-2006 试样评定8. 1 试验后，每个管线钢试样应按图26所示的位置切取并检查指定表面;每个压力容器板试样应按图2所示的

12、位置切取并检查指定表面。8.2 如有必要，每个断面都应进行浸蚀和金相抛光，以便把裂纹与小夹杂物、分层、划痕和其他不连续的缺陷区分开。但只能轻微的侵蚀，因为重的侵蚀可能会遮蔽小裂纹。试验中要把试样的表面擦干净，否则将会看不见一些重要的裂纹。在最终金相抛光之前，就有检验的表面应进行湿磁粉探伤或宏观漫蚀。也可以采用其他的制样方法，但要求在最后抛光之后证明该方法能清晰显示存在的裂纹，并要详细描述该方法的过程。8.3 裂纹应该按图11进行测量。在测量裂纹的长度和厚度的时候，应把距离小于0.5mm的两条或两条以上的裂纹均看作一条裂纹。除了那些全部在试样内表面或外表面1.0 mm以内的裂纹外，所有放大100

13、倍能识别的裂纹均应计算在内(为了区别断面上的小裂纹、夹杂物、表面的腐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)。8 w H一a一-1上bT-._ 裂纹长度和宽度测量圄图11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。CSR=三豆三EI100%HH-. . . . . . . . ( 1 ) (Wx T) 裂纹敏感率，8.4 ( 2 ) R=孕叫裂纹长度率，. ( 3 ) L, b , n/ CTR=丁x 100% 裂纹厚度率，式中:a一一裂纹长度，单位为毫米(mm);b一二裂纹厚度，单位为毫米(mm);W一一试样宽度，单位为毫米(mm);T 试样厚度，单位为毫米(mm

14、)。注:过去某些研究者用cL，ax L, b)!(W x T)来计算CSR，这只是CLRX CTR的简单计算，即L，!W X L，b!T。但是这种计算方法所得到的值与L，(a X的!(WX T)的值是不相同的。7 GB/T 8650-2006 9 试验报告a 美国石油协会(APD。8 、CLR和CTR的平均值都必相对于管壁厚的百分比GB/T 8650-2006 附录A(规范性附录)处理研化氢时的安全考虑A.l 对环境和人身安全的影晌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，许多事故己导致死亡，因此在处理硫化氢的时候必须谨慎，任何使用硫化磊的唬噎唱赞昏缅也必计划。职业安全和E生管

15、理局(OSHA)允许在8小时工作制的场所，空气梳化氢最大允许浓度为20-6(，体积分数)，这一浓度己大大超过嗅觉能察觉的水平。但是，神经接#哺喃地也inl后(取决于浓度)就会变迟钝，因此嗅觉并不是一种完全下面简要地阐述了分痛一积起四时体和U气晕均盯EKU和疼。体切头炎气Ti、牛m山，-在嗽10露咳h数)200 X 10 -6 ( 是在这个浓度范围爆炸极限范围为硫化氢的所有试验应的流速应该保以用10%NaOH进试验容器中。当因为下流工作压意压力调节器上的输出，对排出的气体可止NaOH溶液回流的调节，所以应特别注损。因为硫化氢在钢瓶内以液态存在，当最后一对较短，所以应经常检查高远近二当高峰J罚古F

16、tL卢a(7呵100表压)时，调节器的控制可能出现波动，应调换钢瓶。禁止控电关闭阀、丁7f断齐试验容器量流管的情况下停止气流，否则熔液将继续吸收硫化氢，井倒流入导管、调节苦萨邑运疏化氢钢瓶且缸，在导管上装上止回阀，在止回间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，应尽可能快而安全的排出残余的硫化氢，并通知制造厂特别注意这个钢瓶。9 GB/T 8650-2006 附录B(资料性附录)试验方法的补充说明B. 1 试剂纯度要求的原因对于水中的杂质主要关注两个方面，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。氧化剂会把部分的硫

17、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。为保证良好的流动性，会大大影响pH值的碱性物质(碳酸镜MgC03J、硅铝酸铀等)通常会加入到(或者不除去它们)工业氯化铀中。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浓度。在这种情况下，氮或其他惰性气体中如含有痕量杂质氧，氧化产物的积聚会导致腐蚀速率的变化和(或)氢渗入速率变化(见下文)。B.2 隔绝氧气的原因得到并保持具有最少溶解氧污染的试验榕液被认为是非常重要的，因为在现场和试验室研究者中具有非常重要的影响。例如:10 a) 在含有HzS盐水中氧的污染会使

18、腐蚀速率增大两个数量级。一般来说，氧也能减少氢的析出和减少氢渗人金属。但是系统地研究影响这些现象的参数(如应用于氢致开裂)在文献中还不曾报导过。b) 为了将腐蚀和氢鼓泡降到最小，有时少量的氧或多硫化锻会加入到含水的精炼榴分中去，同时小心地控制pH值在8左右。这种处理的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氢致开裂影响的情况下，认为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。GB/T 8650-2006 附录C(资料性附录)破滴定法测定试验溶液中也S浓度本步骤详述了通过腆滴定法测定试验溶液中Hz

19、S的浓度的具体方法。C.l 试验试荆/设备含有浓盐酸(大约为37wt%的HCl)的标准腆酒溶液(0.1mol!L)。淀粉榕液。标准硫代硫酸铀榕液(0.1mo1/L)。10 mL和25mL的移液管。250 mL的带塞三角烧瓶。100 mL的烧杯。25 mL的滴定管。应使用分析纯级别的化学药品。C.2 步骤a) 用移液管吸取25mL标准确酒溶液(0.1mo1/L)滴入到250mL的锥形瓶中;b) 用大约5mL浓盐酸酸化;c) 将大约50mL试验洛液从试验容器中移入至干净的烧杯中，其中最初的25mL溶液抛弃不用;d) 立即用移液管从烧杯中吸取10mL试验溶液抛弃不用。再吸取10mL榕液作为样本移入到

20、锥形瓶中;e) 加人大约2mL淀粉洛液;f) 用标准硫代硫酸铀溶液(0.1mo1/L)滴定，直到终点由暗蓝色变成浅稻草色;g) 应用公式(C.1)计算HzS的浓度(XlO-6(体积分数): H2S浓度。X10-6 (体积分数)= (A-B) X系数JX 17.030 . ( C.1 ) 式中tA一标准腆酒溶攘的当量浓度应用的体积，单位为毫升(mL); B标准硫代硫酸纳洛液的当量放度应用的体积，单位为毫升(mL); C一-样本体积，单位为毫升(mL ); a 下列标准溶液浓度和体积应用在含有2300 X 10-6 (体积分数)至3500 X 10-6 (体积分数)H，S的比S饱和溶液中:0.1

21、mol/L 典酒溶液;0.1 mol/L硫代硫酸钩溶液;25 mL硕酒溶液;10 mL试验样本。如果试验程序需要测定饱和度低于2300X10-6(体积分数)H，S的试验溶液中的HzS浓度，那么上面的数值应进行适当的调整以便保持准确度。11 GB/T 8650-2006 系数标准腆酒溶液的标定系数(见下段中的标定)。C. 3 标定在测定中使用的腆酒溶液和硫代硫酸铀溶液必须进行标定。a) 标定这些洛液需用移液管吸取25mLO. 1 mol/L的腆酒恪液滴入到锥形瓶中，然后用O.1 mol/L的硫代硫酸铀溶液滴定至澄清点。b) 记录结果。c) 应用公式(C.2)计算HzS浓度测定中的系数式中:A一一

22、腆酒的当量浓度研缸B一一硫代硫酸铀溶飞d) 如果系数在O.那么这些溶、如果系数值在规以2500XIO例如:如果将液滴定至终点，系12 . ( C.2 ) 硫代硫酸铀溶出的结果与根GB/T 8650-2006 参考文献lJ F. Parades, W. W. Mize.管线不同寻常的氢鼓泡失效.石油和天然气杂志.53，33 (1954): 99-101 2J E. M. Moore , . J. Warga.影响管线钢氢开裂敏感性的因素.材料性能.15 , 6 (1976): 17-23 3J M. H. Bartz, C. E. Rawlins.钢腐蚀产生的氢的作用.腐蚀.4，5(1948):

23、 187-206 4J E. M. Moore , D. A. Hansen.适用于含硫潮湿条件下的管线.论文No.81 PET-l，美国机械工程能源委员会，休斯顿，TX，一月15J ASTM标准D1141 (最新6J ASTM标准F21(最新PA: ASTM) 7J API 5L (最新版) 8J ASTM A 53 9J ASTM A 51 PA: AS 10J OSHA llJ化学安12J N , ia , PA: ASTM) 说明(Philadelphia，,DC,1972 ，区号2000913 中华人民共和国国家标准管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法GB/T 8650-2006 9唾中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码，100045网址电话，6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销峰开本880X12301/16 印张1.25 字数25千字2006年9月第一版2006年9月第一次印刷9峙书号，155066 1-27889定价13.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533GB/T 865。一2006CON-omH阁。