NACE TM 0177-2016 Method D 采用双悬臂梁（DoubleCantileverBeam，DCB）试样，在恒定位移条件下于饱和H₂S水溶液中测定钢材的临界应力强度因子K_{SSC}和裂纹扩展速率da/dt。与仅给出“通过/不通过”的A/B/C法不同，DCB提供定量断裂韧度指标，可直接用于酸性工况管道、井口装置、紧固件的安全设计，是石油天然气行业高等级抗硫材料开发的核心试验。

试样制备与预制裂纹

标准DCB试样厚度B=12.5mm，高度2H=38mm，长度L=100mm；上下表面平行度≤0.02mm。线切割开出19mm引导槽，末端用0.2mm钼丝电火花预制疲劳裂纹2–3mm，保证起始裂纹尖端半径<25μm。轧制方向应使裂纹面垂直于主轧向，以模拟最不利扩展路径。

加载与位移控制

楔形块（通常为303不锈钢）厚度t_w按目标K值计算，插入后产生瞬时张开位移Δ。常用初始应力强度因子K_i=30–40MPa·m^0.5，对应楔形厚度0.8–1.2mm。插入力通过20kN万能试验机慢速压入，速率≤0.5mm/min，防止过载钝化裂纹尖端。加载完毕用千分尺复测刀口张开位移，误差±0.02mm，对应K值偏差<2%。

溶液环境与暴露周期

试验介质为NACEA溶液：5%NaCl+0.5%CH₃COOH，pH2.6–2.8，温度24±3℃。溶液预先通H₂S2h达到饱和，随后将加载后的DCB试样整体浸入，确保裂纹尖端完全浸没。暴露时间720h，期间每24h测定H₂S浓度与pH；若H₂S<2300ppm或pH>4.0，立即更换溶液并重新计时。

裂纹监测与数据记录

光学法：每24h取出试样，在50×显微镜下读取侧表面裂纹长度a，记录至0.01mm；

电位降法：焊接0.1mm铂丝引线，实时测量电位差变化，换算da/dt，避免频繁开罐扰动环境；

最终测量：720h后卸除楔块，打开试样断口，在SEM下测量原始裂纹与扩展区，计算稳定扩展量Δa。

当Δa≥2mm且连续48h内裂纹继续扩展，即判定材料在该K_i下无法止裂；反之，若裂纹停滞，则对应K_i视为K_{SSC}。

结果计算与评定

根据GB/T23595与NACE公式：

K_{SSC}=[P·a/(B·B_n)]^0.5·f(a/H)

其中P为楔形加载力，B_n为侧槽净厚，f(a/H)为梁几何修正系数。试验至少3组有效DCB，取最低K_{SSC}作为代表值。常规管线钢K_{SSC}≥30MPa·m^0.5视为合格；对于13Cr、22Cr双相不锈钢，指标可放宽至≥35MPa·m^0.5。若K_{SSC}低于设计要求，需降低硬度、调整回火温度或改用镍基合金。

工程应用与优势

设计输入：K_{SSC}可直接用于计算酸性管道临界缺陷尺寸a_c，指导无损检测灵敏度选择；

工艺对比：通过da/dt数据量化不同热输入焊接接头的抗开裂优劣，优化现场焊接工艺；

寿命预测：结合Paris公式与实测da/dt，估算服役20年裂纹扩展量，为定期检验周期提供依据。

与MethodsA/B/C相比，DCB给出定量韧度而非简单“通过”，适用于高钢级（X70/X80）、深井超深井材质开发，是ISO15156与GB/T20972规定的仲裁试验方法。

注意事项与安全控制

预制裂纹质量决定数据准确性，疲劳裂纹前沿平直度偏差≤0.05B；

楔形块须与试样同材质或贴PTFE垫，防止电偶腐蚀干扰；

H₂S剧毒，试验在负压通风橱内进行，废液次氯酸钠氧化处理，出口H₂S<1ppm；

若试样在24h内突发脆断，应检查过载或预制裂纹深度不足，重新试验并降低K_i。

双悬臂梁试验以定量断裂力学参数K_{SSC}为核心，为酸性工况下的材料选型、缺陷验收和寿命评估提供了科学依据。掌握预制裂纹、楔形加载、环境控制与数据分析的关键环节，可在10–12天内获得国际认可的报告，助力高钢级管线、井口装置和含氢设备安全、经济地服役于苛刻硫化氢环境。

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