Q345R(HIC)抗氢致裂纹(HIC)试验方法

NO：110323 Q245R(HIC)钢板抗氢致开裂(HIC)试验报告试验：校对：审核：批准：合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院Hefei General Machinery Research Institute试验报告主检：审核：批准：Tester: Verifier: Auditor:Q245R(HIC)钢板抗氢致开裂（HIC）试验报告Hydrogen Induced Cracking Test Report of Q245R(HIC) plates一、前言根据新余钢铁股份有限公司的委托，合肥通用机械研究院对其提供的Q245R(HIC)钢板进行了抗氢致开裂（HIC）试验。

Ⅰ. ForewordMandated by Xinyu Steel Joint Stock Co.,Ltd, Hefei General Machinery Research Institute processed the Hydrogen Induced Cracking Tests of Q245R(HIC) plates.二、试验方法2.1 HIC试验方法按NACE TM0284-2003执行。

2.2 按照NACE TM0284-2003，试验溶液为A溶液，即0.5%HAc+5%NaCl溶液（pH=3.0），并用H2S气体饱和。

2.1 The test is according to NACE TM0284-2003.2.2 According to NACE TM0284-2003, the testing solution is solution A, that is 5%NaCl+0.5%HAc solution，and the initial PH value is3.0, and be saturated by H2S gas.三、试验步骤3.1 试样尺寸按NACE TM0284-2003要求，当厚度不大于30mm时，试样尺寸如图1所示，试样数量为每组3个。

HIC氢致开裂试验又叫抗氢诱导裂纹试验、抗氢脆试验，氢致开裂（HIC）英文全称是：Hydrogen induced cracking，简称HIC。

与金属原子相比，氢原子尺寸很小，容易从金属原子间的间隙扩散至金属基体内部，与基体发生物理化学作用，从而降低金属基体的机械性能。

氢的来源可分为内氢和外氢两种：（1）内氢是指材料在使用前内部就已经存在的氢，主要是冶炼（原材料中的水分）、酸洗（酸）、电镀（阴极析氢）、焊接（焊接前未烘干）、热处理（淬火等）等过程中；（2）外氢或环境氢是指材料在使用过程中吸收的氢。

如在H2或H2S气体或H2S水溶液中服役时，H2或H2S能分解出H进入构件或试样。

在氢气压力的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢致开裂，裂纹有时也可扩展到金属表面。

HIC的发生也无需外加应力，一般与钢中高密度的大平面夹杂物或合金元素在钢中偏析产生的不规则微观组织有关。

现在已广泛运用氢致裂纹(HIC)来描述裂纹类型，并且被NACE国际组织采用。

石油管道HIC检测、石油管道HIC检测、石油管道HIC检测、石油管道HIC检测硫化氢应力腐蚀SSC 《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》YB/T 5362-2006 《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》 GB/T 4157-2006 《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验》《金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室试验》NACE TM0177-2005 和NACE TM0175-2005 产品NACE TM0177上海SSC硫化氢应力腐蚀检测硫化氢应力腐蚀试验简称SSC,一般国内采用标准GB/T 4157-2006 《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》。

试验介质为5%NaCl 0.5%CH3COOH 饱和H2S 水溶液。

试验加载应力为80%SMYS,其中原样品编号为W1 的固体H2S 脱硫反应器钢板焊缝80%SMYS 为176MPa,原样品编号为W2 的固体H2S 脱硫反应器钢板焊缝80%SMYS 为168MPa。

Q345R(HIC)/Q345R(R-HIC)抗硫化氢腐蚀用钢板技术条件1适用范围本技术条件适用于厚度8mm-130mm的在酸性环境下使用的Q345R(HIC)和Q345R(R-HIC)钢板,加做SSCC检验项目的抗硫化氢腐蚀钢板牌号用Q345R(R-HIC)表示.2尺寸、外形、重量及允许偏差2.1 尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709 的规定.2.2 厚度偏差按GB/T709的B类或C类执行,在注明.2.3 钢板按理论重量,理论计重采用的厚度为钢板允许的最大厚度和最小厚度的算术平均值. 钢的密度为7.85g/cm³.3技术要求3.1化学成分Q345R(HIC)/Q345R(R-HIC)抗硫化氢腐蚀用钢板技术条件钢的化学成分应符合下表规定.牌号 C Si Mn P S Ca O CE熔炼分析≤0.200.20-0.55 1.20-1.36 ≤0.015≤0.0030.0015-0.0030 ≤0.004≤0.45成品分析0.20-0.60 ≤0.004注(1)Ca值仅供参考,不作验收条件,Ca、O含量可用成品分析值代替熔炼分析值；(2)碳当量（CE）计算公式如下：CE=C Mn/6 (Cu Ni)/15 (Cr Mo V)/5(3)S含量的目标值为0.002%(4)为了改善钢板性能,可添加部分微合金元素.3.2冶炼方法采用电炉炉外精炼方式冶炼,冶炼过程进行Ca处理,并应为本质细晶粒钢,≤80mm钢板其实际晶粒度为VI级或VI级以上;>80mm钢板其实际晶粒度为V级或V级以上.3.3交货状态:正火.3.4试样状态:所有钢板应对其检验用试样进行模拟焊后热处理,模拟焊后热处理温度:610-635℃,保温时间:4-12小时,具体模拟焊后热处理制度再注明.3.5力学性能Q345R(HIC)/Q345R(R-HIC)抗硫化氢腐蚀用钢板技术条件钢板试样模拟焊后热处理状态的力学性能应符合下表规定:厚度(mm) ReL MPa Rm MPa A% 180°弯曲试验b=2a 厚度方向性能ψZ(%)8-16 ≥345 510-640 平均值单个值>16-36 ≥325 500-630 ≥21 d=2a ≥35 ≥25 >36-60 ≥315 490-620 d=3a>60-100 ≥305 490-620 ≥20>100-130 ≥285 480-610注:冲击要求可另行协商Q345R(HIC)/Q345R(R-HIC)抗硫化氢腐蚀用钢板技术条件3.5.2布氏硬度:钢板应逐轧制张进行超声波探伤检查,布氏硬度值≤200HB3.6超声波检验:钢板应逐张进行超声波探伤检查,探伤标准级别再注明.3.7每批钢板的检验项目、取样数量、取样方法及试验方法应符合下表规定：检验项目取样数量（个）取样方法试验方法化学分析熔炼分析1（每炉）GB/T20066 GB/T223熔炼分析1（逐轧制张）拉伸1（逐轧制张）GB/T2978 GB/T228弯曲1（逐轧制张）GB/T232厚度方向性能3（逐轧制张）GB/T5313 GB/T5313晶粒度1（每炉）YB/T5148-93布氏硬度1（逐轧制张）GB/T231超声波探伤逐张注明HIC试验见附加要求注明*冲击3（逐轧制张）GB/T2975 GB229GB/T2975注明GB/T4338*高温拉伸1（逐轧制张）见附加要求*SSCC试验注明注：带*为可选择项目。

1、本设备存在较为严重的应力腐蚀破坏。

与壳体直接相焊的零部件应符合GB/T 150的有关规定，其材料应与壳体材料相同。

与壳壁相焊为双面连续焊。

2、受压元件材料，使用状态应为正火，碳钢应控制CE<0.43，钢材化学成分（熔炼分析）要求：S≤0.002%，P≤0.008%，Mn≤1.35%。

到货后，制造厂应对材料按TSG21-2016规定的项目进行复验。

3、本设备受压元件和对接焊缝应具有抗HIC和SSC性能，其中HIC和SSC 验证评定符合以下规定：（1）受压元件材料和对接焊缝须做抗氢诱导裂纹(HIC)试验，试验方法要求如下：按GB/T8650《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》标准中A溶液进行，每个试样三个截面的平均值：CLR≤5%；CSR≤0.5%；CTR≤1.5%。

（2）受压元件材料和对接焊缝须做抗硫化物应力开裂（SSC）试验，试验方法要求如下：按GB/T4157《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》标准中A溶液A法进行；试验加载应力：80% SMYS；试验时间：720小时；其合格等级按GB/T4157中10.7.2(b)规定。

（3）主材按同一熔炼炉采用相同热处理工艺的材料取一组试样进行抗HIC 和SSC试验；设备供货商应有类似工况业绩。

（4）设备供货商应有类似工况（压力，硫化氢含量）两年以上成功使用经验且对现有材料和类似实际制作工艺焊能保证抗硫要求。

4、受压元件用钢板应采用Q345R(R-HIC)，其性能应满足GB/T713的要求，同时该钢板还应附加抗HIC（氢致开裂）和抗SSCC（硫化物应力腐蚀开裂）性能试验。

受压元件用钢板，应按NB/T 47013.3逐张进行超声检测，合格级别不低于Ⅰ级。

钢板应逐张进行硬度检测。

检测应在模拟焊后热处理的样坯上进行，测量3点，其间距约8mm，测量结果均不大于200HBW。

5、35CrMoA螺柱加工前后应逐件进行100%磁粉检测，并符合Ⅰ级要求。

Q345R（R・HIC）中HIC 试验1、氢致开裂（HIC）试验简介氢致开裂（HIC）英文全称是：Hydrogen induced crackingo硫化氢是石油和天然气中最具腐蚀作用的有害介质之一，在天然气输送过程中，硫化氢对输送管线的应力腐蚀占很大比重。

在湿硫化氢环境中使用时，能导致碳钢内部出现氢鼓泡（HB）、氢致开裂（HIC）和应力导向的氢致开裂（SOHIC）。

管材在含硫化氢等酸性环境中，因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生的裂纹称为氢致开裂（HIC）国标GB/T8650-2006《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》，规定了管线钢和压力容器钢板在含有硫化物水溶液的腐蚀环境中，由于腐蚀吸氢引起的HIC的评定方法。

美标NACE TM 0284管道、压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试验方法,规定了HIC氢致开裂的评定方法。

2、氢致开裂分类（氢脆和氢腐蚀）1）氢脆：各种情况下产生的氢原子直接渗透到钢内部后，使钢晶粒间原子结合力降低，造成钢材的延伸性、端面收缩率降低，强度也发生变化。

在裂纹尖端有与阳极反应相应的阴极反应发生。

所生成的氢或加工氢进入钢中引起氢致开裂。

2）氢腐蚀：氢与钢中的碳化物发生反应产生甲烷，甲烷气体不能从钢中扩散出去，聚集在晶粒间形成局部高压，造成应力集中，进而使钢材产生微裂纹或鼓泡。

3、破坏类型在石油天然气行业和石化行业中，如果在湿H2S环境下选用碳钢或低合金钢，那么钢板会发生很严重的脆化。

这种脆化的机理是：H2s与钢材表面发生腐蚀反应产生氢，而后氢又被钢材吸收导致氢脆。

对于低合金钢来说，这种破坏可分为以下几种类型：1）氢诱导开裂（HIC）。

HIC不需要应力就可以在钢材内部产生并传播。

2）硫化物应力开裂（SSC） ° SSC主要出现在硬度高的区域，如焊缝区。

3）应力方向氢诱导开裂（SOHIC）o事实上，SOHIC可被看作是HIC和SSC共同作用的结果。

4）氢致延迟裂纹：容器在焊接过程中，焊接材料中水分或油污在电弧高温作用下分解产生氢，这些氢一部分进入熔融的焊缝金属中，当焊缝冷却时来不急扩散出去形成局部高压而导致焊缝出现微裂纹的现象。

HIC试验操作规程1.试验原理HIC试验(Hydrogen-Induced Cracking)，即氢致开裂试验，是氢原子在金属S与钢材中扩散所诱发的敏感材料的开裂机理，通常氢原子是在有水的情况下由H2S的饱和溶发生反应产生的。

HIC试验通过模拟这种酸性环境系统，让钢材在含H2液中浸泡一定的时间，然后观察钢材截面是否发生氢致裂纹来评价钢材的抗酸性能。

2.设备装置试验装置应有足够大的可容纳试样的空间，在经过净化和导入HS的密闭容器2内进行，任何试验材料都不应污染试验环境或者与试验环境发生反应。

图1为典型试验装置简图。

图1: 典型的试验装置简图所用设备主要有：（1）HIC试验反应釜规格：Φ470×360mm，有机玻璃制造（2）HS气体吸收塔2（3）通风橱操作台规格：2350×1500×840mm；生产厂商：XX雄城泛美科学实验室设备XX（4）水浴箱规格：680×580×380mm；生产厂商：WINPARK（5）金相显微镜规格：XJL-02A；生产厂商：XX江南光学仪器厂（6）超声波清洗器内槽尺寸：300×250mm；功率：185W；频率：42KHz；生产厂商：XX精华超声波仪器XXS有毒气体报警器规格：SFD-300II；生产厂商：XX索福达电子XX （7）H2（8）线切割机规格：通用型快走丝；生产厂商：XX庆元精密机械XX3.试样制备3.1试样尺寸3.1.1试样尺寸应为100±1mm长，20±1mm 宽。

3.1.2试样壁厚应为管的整个壁厚，最大30mm。

最多允许从内、外表面各去除1mm，试样坯料不应被矫平。

3.1.3对小直径、薄壁电阻焊管和无缝管线钢管，试样厚度最少应为管壁厚度的80％。

在这种情况下，应从钢管上取弧形试样进行试验，试样坯料不应被矫平。

3.2试样数量、位置和方向3.2.1每根试验管应从焊缝、焊缝90°以与180°位置取样，或按订单要求取样。

宽厚板WIDE AND HEAVY PLATE第25卷第4期2019年8月Vol. 25,No.4August 2019' 37 •Q345R( HIC)钢板抗HIC 性能不合格的原因分析及对策刘海宽吴小林(江阴兴澄特种钢铁有限公司特板研究所)摘 要 通过低倍检验、金相显微镜、扫描电镜和断口分析等手段，对Q345R(HIC)钢板抗HIC 性能不合格的原因进行研究分析，探讨了压力容器钢板抗HIC 性能的关键影响因素，从改善钢板偏析、夹杂物变性和提 高钢板止裂性能4个方面采取工艺措施，最终提高了 Q345R(HIC )钢板的抗HIC 性能。

关键词Q345R (HIC )影响因素工艺措施Cause Analysis & Countermeasures on Disqualified HICResistance of Q345R(HIC) SteeS PlateLiu Haikuan and Wu Xiaolin(Special Plate Research Institute of Jiangyin Xindchend Specini Steei Works Co. , Ltd.)AbstrrcC By usins macroscopic test,metanooraphic microscope,scannins electron microscope and fracture analy-sis ,researches arc performed cm tie causes of disqualified HIC resistance foe Q345R(HIC) steel plate,the key influes- cins factors of HIC resistance for pressure vessel plate arc discussed , techd(nopicel measures arc takee from three as ­pects of improvinf plate senrenation,iscUsion moPification and crach arrest,the HIC resistance of Q345R(HIC) steei plate is fisally improven.Keywords Q345R(HIC) ,1110^0昭 factors,TechsoUpical meascreso 前言Q345R( HIC )钢板是在湿硫化氢环境中使用 的主要金属材料,在国内石化行业的油气开采、炼化和储运领域都得到广泛应用。

氢致裂纹试验标准氢致裂纹试验是一种常用的材料疲劳试验方法，可以用于评估材料的抗氢脆性能。

随着氢能领域的快速发展，氢致裂纹试验标准也逐渐成为关注的焦点。

下面，我们就来了解一下氢致裂纹试验标准。

氢致裂纹试验标准是一份详细规定氢致裂纹试验方法、样品加工和试样尺寸、试验设备和试验条件、试验过程和数据处理等方面要求的文档。

通俗地讲，它就是规定氢致裂纹试验需要满足的标准，是保证试验结果准确可靠的重要依据。

氢致裂纹试验标准应当满足以下要求：一、试验方法氢致裂纹试验标准中应当明确试验方法和步骤，包括样品加工、接口处理、氢气质量及流量控制等方面。

同时，要求试验过程应当在恒定环境下进行，开始和结束时间应当记录。

二、样品加工和试样尺寸氢致裂纹试验标准中应当明确样品加工的要求，包括切割方式、材料性质、裂缝尺寸和样品准备等方面。

同时，要求试样几何尺寸、材料尺寸等要求应该严格按照标准来进行。

三、试验设备和试验条件氢致裂纹试验标准中应当规定试验设备的类型、参数范围、控制方式和灵敏度等要求。

同时，要求试验环境温度和湿度、氢气纯度和流量等试验条件也应该在标准中明确。

四、试验过程和数据处理氢致裂纹试验标准中应当规定试验过程中的注意事项和记录要求，同时指导试验数据的处理和分析，确保试验结果的准确性和可靠性。

同时，标准中还应该要求试验方法的有效性和重复性测试的可行性。

总结来看，氢致裂纹试验标准是非常重要的，它可以确保试验结论的准确性和可靠性，为科研人员或生产厂商提供科学的试验标准。

未来，我们应该进一步完善氢致裂纹试验标准，不断提高准确性和可重复性，并在工业和研究中更广泛地应用。