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氫致開裂試驗

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發布時間：2025-07-25 08:49:03 更新時間：2025-08-28 09:54:28

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

氫致開裂（HIC）試驗：檢測項目詳解

一、檢測項目分類與目的

HIC試驗的檢測項目可分為材料基礎性能分析、氫滲透行為評估和環境模擬驗證三大類，旨在全面評價材料在氫環境中的抗裂性能及失效機理。

二、核心檢測項目詳解

材料化學成分分析
- 目的：確定鋼材中硫（S）、磷（P）、氧（O）等雜質元素含量，以及合金元素（如Cr、Mo）的配比，評估其對氫致敏感性的影響。
- 方法：采用光譜分析（如ICP-OES）、碳硫分析儀等。
- 標準依據：ASTM E415（碳鋼）、ISO 4948（合金元素）。
- 意義：高硫、磷含量會加劇氫陷阱形成，降低抗HIC能力。
金相組織觀察與評級
- 目的：分析材料的顯微組織（如鐵素體、珠光體、夾雜物分布），評估氫擴散路徑的敏感性。
- 方法：光學顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）觀察；依據ISO 4967評定夾雜物等級。
- 關鍵指標：夾雜物類型（如MnS、氧化物）及尺寸、帶狀組織比例。
氫滲透速率測試
- 目的：量化氫在材料中的擴散能力，確定氫陷阱密度和滲透系數。
- 方法：電化學氫滲透法（Devanathan-Stachurski雙電解池）、熱脫附譜（TDS）。
- 標準參考：NACE TM0284-2016附錄B。
- 輸出參數：氫擴散系數（D）、可逆/不可逆氫陷阱濃度。
恒載荷/慢應變速率試驗（SSRT）
- 目的：模擬材料在含氫環境中的應力腐蝕開裂（SCC）傾向。
- 條件：H?S分壓≥0.1 bar，pH=2.6~4.0，溫度25±3℃。
- 標準方法：NACE TM0177（恒載荷法）、ISO 7539-7（SSRT）。
- 結果判定：斷裂時間、斷面收縮率損失、裂紋擴展速率。
全浸腐蝕試驗與裂紋評定
- 目的：模擬服役環境，檢測氫致裂紋的萌生與擴展。
- 試驗溶液：5% NaCl + 0.5% CH?COOH，飽和H?S（pH≈3.2）。
- 試樣要求：按ASTM G39加工標準三點彎曲或C型環試樣。
- 檢測步驟：
  - 浸泡96小時后，通過金相切片觀察裂紋數量、長度及分布；
  - 計算裂紋敏感率（CSR）、裂紋長度率（CLR）、裂紋厚度率（CTR）。
- 合格標準：根據API 5L/ISO 3183，要求CSR≤2%、CLR≤15%、CTR≤5%。
非破壞性檢測（NDT）
- 應用：對試驗后試樣進行超聲波檢測（UT）、滲透檢測（PT）或聲發射（AE）監測，定位內部微裂紋。
- 優勢：避免破壞試樣，適用于在線監測和批量篩選。

三、環境模擬與加速試驗設計

環境參數控制
- H?S濃度：50~5000 ppm（按NACE MR0175分級）；
- 溫度：20~80℃（高溫加速氫滲透）；
- 溶液pH：酸性環境（pH 1~5）模擬實際腐蝕條件。
加速試驗方法
- 陰極充氫：通過電化學手段強制向試樣注入氫原子，縮短試驗周期；
- 階梯加載：逐步增加應力水平，測定臨界應力強度因子（K_{IH}）。