NACE TM0177:金属在H₂S环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室测试标准。该标准涵盖了四种SSC/SCC测试方法,即A(拉伸)、B(弯梁)、C(C环)和D(双悬臂梁),详细介绍了环境和程序,包括溶液化学、溶液体积与表面积比、测试持续时间、试样几何形状和负载等。
NACE TM0177 标准测试的 4 种试验方法如下:
试验方法 A - NACE 标准拉伸试验:
试验装置与试样:这是一种单轴拉伸试验。试样需全面机加工,有标准尺寸(直径 0.25 英寸即 6.35 毫米、标距 1 英寸即 25.4 毫米)和小尺寸(直径 0.15 英寸即 3.81 毫米、标距 0.6 英寸即 15 毫米)两种几何形状。通过自重、验证环或液压负载等方式对试样施加单轴拉伸应力,肩部半径最小为 15 毫米,不过 EFC 17 中建议 CRA 材料的肩部半径最小为 20 毫米,以避免在肩部出现不必要的优先开裂。
加载方式与注意事项:加载必须通过 “持续负载” 或 “恒定负载” 设备进行。“持续负载” 指弹簧加载装置,如防爆环;“恒定负载” 指自重或液压负载。试验过程中要小心施加载荷,避免超过所需值,但标准中未提及要注意避免无意的扭转或弯曲(非轴向载荷),因为这可能会影响结果。为了确定阈值应力,试样需在一系列负载下分别测试长达 720 小时。
试验方法 B - NACE 标准弯曲试验:
试样特点:试样尺寸非常小,宽 4.5 毫米,厚 1.5 毫米,且有两个直径为 0.7 毫米的钻孔。
试验局限性:由于试样尺寸小且结构特殊,导致试验结果难以解释,所以这种测试方法不常被使用。
试验方法 C - NACE 标准 C - 环试验:
试验原理与适用范围:本质上是一种弯曲测试,适用于相对较小的管状材料,主要用于在环向产生应力。通常情况下,管道内部承载相关腐蚀环境,所以一般是将环膨胀,使管道外部产生拉应力。
参考标准:除了 NACE TM0177 标准外,EFC 16 和 EFC 17 中也有相关指导。
试验方法 D - NACE 标准双悬臂梁(DCB)试验:
试验过程:这是酸性环境下最长时间使用的固定位移断裂力学试验。通过销孔经自由旋转的销轴向施加载荷,并插入楔块以保持位移。试样需暴露在特定环境中 14 天,然后通过针孔卸载。
结果分析:负载 - 位移曲线的不连续性可指示试样上的剩余负载,再结合破开试样上测得的裂纹尺寸,就可以计算出测试结束时的应力强度因子 K。需要注意的是,所有固定位移断裂力学试验都是止裂试验,随着裂纹增长,载荷会松弛,应力强度会降低。如果选择了正确的初始负载,DCB 测试有可能在一次测试中就给出结果,相比一系列固定负载测试来定义阈值更具优势,但前提是初始负载选择恰当,既要足够高以使裂纹扩展,又不能过高导致裂纹扩展过度而使测试无效。与其他方法相比,DCB 测试的标准测试持续时间是 TM0177 中固定负载测试的一半。不过,如果 14 天时裂纹还未停止扩展,那么结果将是不保守的。
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