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隨著油氣田開(kāi)發(fā)逐漸向更苛刻環(huán)境轉(zhuǎn)移，對(duì)高含硫油氣田的開(kāi)發(fā)力度不斷加大，油套管材料的抗硫檢測(cè)數(shù)量呈指數(shù)式上漲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近5年來(lái)油套管材料抗硫檢測(cè)數(shù)量增加了近100倍，其中主要為抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂ssc試驗(yàn)。

一、氫致開(kāi)裂(HIC)及氫鼓泡

氫致開(kāi)裂是平行的氫層連通在一起產(chǎn)生穿壁裂縫造成的，它們與外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力沒(méi)有明顯的相互作用。在鼓泡處，氫在內(nèi)部聚積產(chǎn)生的應(yīng)力加劇了氫致開(kāi)裂。氫致開(kāi)裂與鋼材的凈度密切相關(guān)，并且與鋼的制造方法、存在的雜質(zhì)和它們的形狀有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T8650-2015、NACE TM0284-2016。

非均質(zhì)的細(xì)長(zhǎng)的硫化物或氧化物夾雜物如果是與鋼板軋制方向平行發(fā)生的，一般都會(huì)發(fā)生氫致開(kāi)裂。這些夾雜物構(gòu)成形成顯微氫鼓泡的場(chǎng)所，這些顯微鼓泡會(huì)生長(zhǎng)，并且最終通過(guò)臺(tái)階狀裂縫連在一起。事實(shí)上，有時(shí)候把氫致開(kāi)裂叫做臺(tái)階狀開(kāi)裂。

由于氫致開(kāi)裂對(duì)應(yīng)力沒(méi)有依存關(guān)系，也不是伴隨硬化的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生的，所以，焊后熱處理一點(diǎn)作用也沒(méi)有。限制硫這樣的痕量元素以及控制鋼的制造變量，才能使鋼具有氫致開(kāi)裂抗性。氫鼓泡是原子氫擴(kuò)散進(jìn)入鋼材并在空隙、夾層或非金屬夾雜物處被截獲而造成的。正如上文已經(jīng)提及的，進(jìn)入這些部位的氫原子結(jié)合在一起會(huì)形成分子氫，而分子氫是無(wú)法向外擴(kuò)散而逸出的。聚集在一起的氫氣的膨脹壓力終使部件發(fā)生穿壁分離，并在金屬表面出現(xiàn)明顯的鼓泡。

氫鼓泡會(huì)出現(xiàn)在一塊板的兩面，或者鼓泡出現(xiàn)在另一鼓泡頂上，取決于夾層的位置。它們大小不一，從小的突起到幾英尺直徑的腫脹。不斷增大的鼓泡會(huì)使表面發(fā)生扯裂，使設(shè)備失去承壓能力。

二、硫化物應(yīng)力開(kāi)裂(SSC)

硫化物應(yīng)力開(kāi)裂(SSC)是一種氫脆開(kāi)裂形式，假如高強(qiáng)度鋼、硬焊縫和焊接熱影響區(qū)(HAZs)處于酸性環(huán)境中，受到拉伸應(yīng)力作用，并且溫度低于82°C(180°F)，就會(huì)發(fā)生硫化物應(yīng)力開(kāi)裂。鋼材的硫化物應(yīng)力開(kāi)裂易發(fā)性在很大程度上取決于其組成、顯微結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、外加應(yīng)力。

將施加應(yīng)力的試樣浸泡在含H2S的酸性水溶液環(huán)境中，通過(guò)施加合適增量的載荷獲得材料抗SSCC性能數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4157-2017 及NACE TM0177-2016

三、HIC抗氫脆試驗(yàn)和SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

SCC硫化氫應(yīng)力腐蝕的主要特征為：

（1）有應(yīng)力，特別是拉伸應(yīng)力存在；

（2）腐蝕介質(zhì)是特定的，只有某些金屬一介質(zhì)的組合，才發(fā)生SCC；

（3）裂紋擴(kuò)展速度約在10-3～10-1 cm/h 范圍；

（4）存在著對(duì)破裂敏感的電位區(qū)間；

（5）應(yīng)力腐蝕裂紋常有主干，但易分叉，呈樹(shù)枝狀，其形態(tài)有穿晶型、晶間型、混合型之分。SCC斷口一般為脆斷型，穿晶時(shí)呈河川狀，晶間時(shí)呈冰糖狀。機(jī)理 SCC 的發(fā)生機(jī)理通常認(rèn)為：在應(yīng)力作用下使金屬發(fā)生滑移，破壞鈍化膜或腐蝕產(chǎn)物層，裸露金屬發(fā)生力學(xué)一化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生局部腐蝕；與此同時(shí)，被破壞的鈍化膜可再鈍化，如再鈍化速度(但不能過(guò)低)鈍化膜破壞速度，則應(yīng)力和腐蝕協(xié)同作用，便發(fā)生SCC。