本發(fā)明涉及一種材料性能的檢驗評價方法，具體是指一種氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法。
背景技術：
硫化氫是一種強的滲氫介質，它不僅提供氫的來源，還起到阻礙氫原子結合氫分子的作用。在含有硫化氫的油、氣環(huán)境中，油氣管線常常因腐蝕電化學產(chǎn)生的氫侵入鋼內(nèi)而產(chǎn)生氫致開裂(HIC)破壞。因此，酸性介質用管線鋼必須要進行硫化氫腐蝕試驗。現(xiàn)今，管線鋼抗HIC腐蝕性能檢驗根據(jù)NACE TM 0284和GB/T 8650試驗標準進行，試驗中使用劇毒H2S氣體，若試驗裝置出現(xiàn)泄露，將危及操作人員生命。并且試驗周期長達96h，耗費大量人力和物力，檢驗成本較高。氫在管線鋼中的捕獲效率是影響材料HIC敏感性的主要因素。因此，可以基于擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法，該檢驗方法能夠快速評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能，替代現(xiàn)行HIC試驗標準，解決了現(xiàn)行檢驗方法中H2S的危害以及檢驗成本高的問題。
本發(fā)明氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法，具體是這樣實現(xiàn)的：
準備試樣：將管線鋼試樣加工成尺寸長×寬×厚為30mm×30mm×1mm(±0.1mm)的試樣，同一條件下試樣選取3件作為平行樣，用P800砂紙手工打磨試樣表面，然后用去離子水、無水乙醇先后清洗后吹干，測量試樣厚度d。
試驗方法：試驗裝置由電化學雙電解池體系和電化學工作站組成。試驗開始前，將試樣作為工作電極接入電化學雙電解池體系，試驗溫度保持在30±0.5℃。將0.1mol/L的NaOH溶液導入電解池B中，操作電化學工作站對電解池B加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，測得電流-時間曲線。由于試樣中殘余H被逐漸氧化成H+，測得電流不斷下降。當電流降到1μA時，將0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液導入電解池A中，操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞；
抗氫致開裂腐蝕性能評價：計算氫擴散系數(shù)其中d為試樣厚度，單位為cm，tL為0.63×I∞電流值對應的時間，單位為s。當擴散系數(shù)大于4.5×10-6cm2/s時，管線鋼試樣發(fā)生氫致開裂。
本發(fā)明氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法試驗條件選擇及限定原理如下：
氫在鋼中的擴散主要受其在試樣表面的聚集程度和鋼中氫陷阱的影響，氫陷阱包括鋼種的夾雜物、析出物、位錯、溶質原子以及空洞等缺陷。鋼中的夾雜物和位錯都是可逆的氫陷阱，這些缺陷吸附大量的氫原子，這些氫原子結合成氫分子沉淀出來，變成孔洞核心。隨著氫量的增加，產(chǎn)生較大的應力，位錯中心和夾雜物處的氫壓升高，當顯微缺陷處的氫壓超過材料的斷裂強度時，即使不存在殘余應力也可形成氫致裂紋。因此，氫在鋼中的捕獲效率是影響材料HIC敏感性的重要因素，氫擴散系數(shù)Deff能夠反映鋼的HIC敏感性。
發(fā)生氫致開裂的臨界氫擴散系數(shù)：取X46、X52、X65、X70、X80、X90等牌號管線鋼共100批次，按照本發(fā)明方法進行氫擴散系數(shù)測試，并按照NACE TM 0284和GB/T 8650試驗標準進行抗氫致開裂評定。試驗結果得出，當擴散系數(shù)大于4.5×10-6cm2/s時，管線鋼試樣發(fā)生氫致開裂。因此，本發(fā)明中將4.5×10-6cm2/s作為管線鋼試樣發(fā)生氫致開裂的臨界擴散系數(shù)。
本發(fā)明的氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法具有如下特點：
(1)采用常用酸堿配制腐蝕溶液，溶液配制方便、簡單；
(2)可替代使用劇毒H2S氣體的NACE TM 0284和GB/T 8650試驗標準，安全、環(huán)保；
(3)檢驗成本低，能夠快速評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能；
(4)試驗測得擴散系數(shù)大于4.5×10-6cm2/s時，管線鋼試樣發(fā)生氫致開裂。
具體實施方式：
下面結合具體實施實例對本發(fā)明的氫擴散系數(shù)評價管線鋼抗氫致開裂腐蝕性能的方法作進一步的詳細說明。
實施例1
機加工獲取1#批次3件管線鋼平行樣，試樣實測厚度分別為0.90mm、0.90mm、0.92mm。試驗溫度為30.1℃。電解池B中導入0.1mol/L NaOH溶液后，操作電化學工作站對電解池加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，并記錄電流-時間曲線。當電流值降到1μA時，電解池A中加入0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液。操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞。測得tL為0.63×I∞對應時間，分別為397、403、401s，計算氫擴散系數(shù)Deff分別為3.40×10-6cm2/s、3.35×10-6cm2/s、3.52×10-6cm2/s，因此，1#管線鋼氫擴散系數(shù)Deff為3.42×10-6cm2/s，小于4.5×10-6cm2/s，不會發(fā)生氫致開裂。
實施例2
機加工獲取2#批次3件管線鋼平行樣，試樣實測厚度分別為0.94mm、0.92mm、0.92mm。試驗溫度為29.5℃。電解池B中導入0.1mol/L NaOH溶液后，操作電化學工作站對電解池加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，并記錄電流-時間曲線。當電流值降到1μA時，電解池A中加入0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液。操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞。測得tL為0.63×I∞對應時間，分別為500、483、491s，計算氫擴散系數(shù)Deff分別為2.95×10-6cm2/s、2.92×10-6cm2/s、2.87×10-6cm2/s，因此，2#管線鋼氫擴散系數(shù)Deff為2.91×10-6cm2/s，小于4.5×10-6cm2/s，不會發(fā)生氫致開裂。
實施例3
機加工獲取3#批次3件管線鋼平行樣，試樣實測厚度分別為0.92mm、0.96mm、0.94mm。試驗溫度為30.5℃。電解池B中導入0.1mol/L NaOH溶液后，操作電化學工作站對電解池加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，并記錄電流-時間曲線。當電流值降到1μA時，電解池A中加入0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液。操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞。測得tL為0.63×I∞對應時間，分別為287、268、301s，計算氫擴散系數(shù)Deff分別為4.92×10-6cm2/s、5.73×10-6cm2/s、4.89×10-6cm2/s，因此，3#管線鋼氫擴散系數(shù)Deff為5.18×10-6cm2/s，大于4.5×10-6cm2/s，會發(fā)生氫致開裂。
實施例4
機加工獲取4#批次3件管線鋼平行樣，試樣實測厚度分別為0.94mm、0.92mm、0.92mm。試驗溫度為30.2℃。電解池B中導入0.1mol/L NaOH溶液后，操作電化學工作站對電解池加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，并記錄電流-時間曲線。當電流值降到1μA時，電解池A中加入0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液。操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞。測得tL為0.63×I∞對應時間，分別為497、483、491s，計算氫擴散系數(shù)Deff分別為2.96×10-6cm2/s、2.92×10-6cm2/s、2.87×10-6cm2/s，因此，4#管線鋼氫擴散系數(shù)Deff為2.92×10-6cm2/s，小于4.5×10-6cm2/s，不會發(fā)生氫致開裂。
實施例5
機加工獲取5#批次3件管線鋼平行樣，試樣實測厚度分別為1.06mm、1.08mm、1.10mm。試驗溫度為29.7℃。電解池B中導入0.1mol/L NaOH溶液后，操作電化學工作站對電解池加載0.3V(相對于開路電位)恒電位，并記錄電流-時間曲線。當電流值降到1μA時，電解池A中加入0.4mol/L H2SO4+0.2g/L硫脲溶液。操作電化學工作站對電解池A加載1mA/cm2恒電流。經(jīng)過一段時間后電流-時間曲線中電流值逐漸穩(wěn)定，達到每分鐘在±1μA范圍內(nèi)波動，停止試驗，記錄此時電流值I∞。測得tL為0.63×I∞對應時間，分別為310、307、316s，計算氫擴散系數(shù)Deff分別為6.04×10-6cm2/s、6.33×10-6cm2/s、6.38×10-6cm2/s，因此，5#管線鋼氫擴散系數(shù)Deff為6.25×10-6cm2/s，大于4.5×10-6cm2/s，會發(fā)生氫致開裂。