一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法
【专利摘要】本发明涉及腐蚀环境下承压设备和管道的安全使用领域，具体是涉及一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法。本发明检测方法包括按照试验标准GB/T 8650?2006或NACE TM0284?2011对试件进行抗氢致开裂性能(HIC)试验；对试验后的试件进行外观检查，检查有无氢鼓泡、表面裂纹等问题；选择无外观问题的所述试件进行磁记忆技术检测；通过磁信号是否存在异常及异常部位的个数来选取金相观察的部位。该方法为检测和评价试件抗氢致开裂性能提供了一种客观、准确、快速高效的方法，解决了现有技术中的不足。
【专利说明】
一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及腐蚀环境下承压设备和管道的安全使用领域，具体是涉及一种铁磁性 金属材料抗氢致开裂性能的检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着高硫高酸原油和天然气开采量的增加，原油和天然气内含硫含酸量有所升 高，因此对管道和加工设备的抗腐蚀能力提出了更高的要求。在临氢和湿H 2S环境下，氢致 开裂(HIC)是较为常见的损伤模式。HIC可能导致钢材强度降低，使钢材早期失效，严重危害 了设备的长周期安全运行。因此，在设备和构件制造前往往需要对钢材进行检验，以保证所 用材料具有抗HIC的性能。
[0003] 现有常用评价体系GB/T 8650-2006《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》 和NACE TM0284_2011Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking(管道、压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试 验方法)通过取试样上三个检测面进行微裂纹观察，以对材料的抗HIC性能进行评价，常用 的检测面示意如图1所示。但这种方法存在不足:所指定检测面不一定是裂纹富集面，若裂 纹富集在其他位置，则无从得知，因此现有评价体系不能全面、客观的对材料抗HIC性能进 行评定。
[0004] 另外，磁粉检测和表面检测仅能检测表面或近表面缺陷;X射线检测耗时比较长， 且对人体有危害；由于趋肤效应，涡流技术只能检测铁磁性材料表面和近表面缺陷;超声检 测可以对表面缺陷和埋藏缺陷进行检测，但其存在检测盲区，且超声技术对检测人员的经 验、操作水平要求较高，易于漏检。
【发明内容】
[0005] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种铁磁性金属材料抗氢 致开裂性能的检测方法。
[0006] 为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
[0007] -种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法，包括以下步骤：
[0008] Sl、按照试验标准GB/T 8650-2006《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》或 NACE TM0284-201!Evaluation ofPipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking的要求，在规定的溶液、温度和时间条件下， 对试件进行HI C试验；
[0009] S2、对试件进行外观检查，观察试件表面是否存在氢鼓泡和/或裂纹的缺陷；若存 在表面缺陷，则进入步骤S3;若无表面缺陷，则进入步骤S4;
[0010] S3、对于S2中试件表面存在表面缺陷的情况，按照相应产品技术要求或产品标准 评定是否合格，若合格，则进入步骤S4;
[0011] S4、对于S2中试件表面无表面缺陷的情况，按照GB/T 26641-2011《无损检测磁记 忆检测总则》，采用磁记忆检测仪检测HIC后的试件：
[0012] 选择试件轴向上相邻的四个检测面，逐个检测面进行检测并记录磁信号异常的部 位；
[0013] 根据磁记忆检测结果进行分析，若无磁信号异常，则进入步骤S5;若有磁信号异 常，则进入步骤S7;
[0014] 所述磁记忆检测仪检测所得磁参数包括磁场强度Hp(y)，磁场梯度K，其中K = dHp (y)/dx，所述X为检测仪在所述检测面上的连续位移，所述磁信号异常部位对应指磁场梯度 K的峰值部位；
[0015] S5、根据步骤S4的检测结果，无磁信号异常时，按照标准NACE TM0284-2011或GB/T 8650-2006标准指定检测面选取一处金相试样;随后进入步骤S3;
[0016] S6、根据步骤S4的检测结果，存在磁信号异常。当磁信号异常部位不大于三处时， 进入步骤S7;当磁信号异常部位大于三处时，进入步骤S8;随后进入步骤S3;
[0017] S7、磁信号异常部位小于三处，磁信号异常部位取代S5中所述标准取样部位进行 选取金相试样；
[0018] S8、磁信号异常部位大于三处，取磁信号参数较大的前三处取金相试样。
[0019]本发明的有益效果在于：
[0020] 1)本发明通过对试验试件进行磁记忆检测，通过磁信号是否存在异常及异常部位 的个数，来选取金相观察的部位，从而为检测和评价试件抗HIC性能提供了一种客观且快速 高效的方法。
[0021] 2)本发明磁记忆技术检测试件后，即可指出HIC微裂纹可能性大的部位，而不像现 有标准人为指定三个部位进行观察，因而提高了检测的准确性。
[0022] 3)本发明磁记忆技术检测地磁场环境下的铁磁性材料的应力集中和缺陷，即可检 出表面缺陷，也可检出埋藏缺陷，不需要施加外磁场。因此检测速度快且检测结果准确，同 时也可减少金相观察的工作量。
【附图说明】
[0023]图1为常用检测面示意图。
[0024]图2为本发明铁磁性材料抗HIC性能检测流程图
[0025] 图3为实施例1中试件的氢致开裂微裂纹典型磁性号。
[0026] 图4为由图3得到的磁场梯度K值曲线图。
[0027] 图5为对实施例1中试件A处进行金相观察所得到的金相图片。
[0028] 图6为对实施例1中试件C处进行金相观察所得到的金相图片。
[0029] 图7为对实施例1中试件D处进行金相观察所得到的金相图片。
[0030] 图8为实施例2中试件的氢致开裂试验所得典型磁性号与磁场梯度K值曲线图。
[0031] 图9为对实施例2中试件进行金相观察所得到的圆形夹杂图片。
【具体实施方式】
[0032]所述步骤S3中相应产品技术要求或产品标准具体指的是：
[0033]表面缺陷：氢鼓泡，要求单个试样表面的氢鼓泡面积不超过试样面积的1 %，且任 何一个氢鼓泡的直径不超过1mm。
[0034] 埋藏缺陷：
[0035] 1)NACE MR0175/IS0 15156-2:2015要求CLR(裂纹长度率）彡15%，CTR(裂纹厚度 率)<5%，CSR(裂纹敏感率)<2%。
[0036] 2)GB 713-2014 要求等级 ICLR 彡 5%，CTR 彡 1.5%，CSR 彡 0.5%;等级 IICLR 彡 10%， CTR彡3%，CSR彡 1% ;等级mCLR彡 15%，CTR彡5%，CSR彡2%。
[0037] 3)SH/T 3075-2009要求CLR彡5%，CTR彡 1.5%，CSR彡0.5%。
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0039] 实施例1
[0040]采用图2所示的铁磁性材料抗HIC性能检测流程图，试件的HIC试验是按照标准 NACE TM0284-2011，在室温下置于w(NaCl)5% +w(CH3COOH)0 · 5 % 的饱和H2S溶液中浸泡96h。 所述试件材质为Q345R，将试件加工成尺寸100mm X 20mm X 12mm。首先对试件进行外观检查， 接着对试件进行磁记忆检测，判断是否存在磁信号异常。具体如下：
[0041] 1)对HIC试验后的试件进行外观检查，检查有无氢鼓泡、表面裂纹等问题；
[0042] 2)对所述试件进行磁记忆技术检测。选择试件连续相邻的四个检测面进行检测， 将所测磁信号异常一一进行记录，并记录各个异常部位的K值，共发现A-D四个位置存在磁 信号异常。图3为沿某一面检测时所得典型信号，图4是由图3得到的K值曲线图。
[0043] 3)选取磁参数异常较大的A、C和D部位做金相观察。典型观察结果如图5、6、7所示， 这些部位的图片表明A、C和D部位分别所对应的截面的内部还存在有裂纹。将这些微裂纹的 尺寸进行累加，计算裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)、裂纹敏感率(CSR)，其平均值如表 1所示。此外，将标准规定部位的截面也做了金相观察，未发现HIC裂纹，将其结果一并列于 表1中进行对比。
[0044] 4)与产品技术条件或产品标准相对比，该试件抗HIC性能合格。
[0045] 5)从表1可以看出，磁记忆技术检测能够更加真实的反应材料的HIC性能，能够为 工程设计和技术人员提供更加科学准确的性能数据。
[0046] 表1标准规定部位与磁记忆技术检测选取部位
[0047] CLR、CTR 和 CSR 的平均值
[0050] 实施例2
[0051] 采用图2所示的铁磁性材料抗HIC性能检测流程图，试件的HIC试验是按照标准 NACE TM0284-2011，在室温下置于w(NaCl)5% +w(CH3COOH)0 · 5 % 的饱和H2S溶液中浸泡96h。 所述试件材质为Q245R，将试件加工成尺寸100mm X 20mm X 12mm。首先对试件进行外观检查， 接着对试件进行磁记忆检测，判断是否存在磁信号异常。具体如下：
[0052] 1)对HIC试验后的试件进行外观检查，检查有无氢鼓泡、表面裂纹等问题；
[0053] 2)对所述试件进行磁记忆技术检测。选择试件连续相邻的四个检测面进行检测， 将所测磁信号异常一一进行记录，并记录各个异常部位的K值，共发现A-C三个位置存在磁 信号异常。图8为沿某一面检测时所得典型信号以及相应得到的K值曲线图。
[0054] 3)选取磁参数异常较大的A、B和C部位做金相观察。金相观察表明，这三个部位未 观察到HIC裂纹，但存在圆形夹杂，如图9所示。此外，将标准规定部位的截面也做了金相观 察，亦未发现HIC裂纹。
[0055] 4)与产品技术条件或产品标准相对比，该试件抗HIC性能合格。
[0056]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法，包括以下步骤： 51、 按照试验标准GB/T 8650-2006《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》或NACE TM0284-2011 Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking的要求，在规定的溶液、温度和时间条件下，对试件进行 HI C试验； 52、 对试件进行外观检查，观察试件表面是否存在氢鼓泡和/或裂纹的缺陷；若存在表 面缺陷，则进入步骤S3;若无表面缺陷，则进入步骤S4; 53、 对于S2中试件表面存在表面缺陷的情况，按照相应产品技术要求或产品标准评定 是否合格，若合格，则进入步骤S4; 54、 对于S2中试件表面无表面缺陷的情况，按照GB/T 26641-2011《无损检测磁记忆检 测总则》，采用磁记忆检测仪检测HIC后的试件： 选择试件轴向上相邻的四个检测面，逐个检测面进行检测并记录磁信号异常的部位； 根据磁记忆检测结果进行分析，若无磁信号异常，则进入步骤S5;若有磁信号异常，则 进入步骤S7; 所述磁记忆检测仪检测所得磁参数包括磁场强度Hp(y)，磁场梯度K，其中K = dHp(y)/ dx，所述X为检测仪在所述检测面的连续位移，所述磁信号异常部位对应指磁场梯度K的峰 值部位； 55、 根据步骤S4的检测结果，无磁信号异常时，按照所述标准NACE TM0284-2011或GB/T 8650-2006标准指定检测面选取一处金相试样;随后进入步骤S3; 56、 根据步骤S4的检测结果，存在磁信号异常。当磁信号异常部位不大于三处时，进入 步骤S7;当磁信号异常部位大于三处时，进入步骤S8;随后进入步骤S3; 57、 磁信号异常部位小于三处，磁信号异常部位取代S5中所述标准取样部位进行选取 金相试样； 58、 磁信号异常部位大于三处，取磁信号参数较大的前三处取金相试样。
【文档编号】G01N17/00GK105891093SQ201610194504
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】陈学东, 郭鹏举, 孔韦海, 刘燕, 费勤楠, 关卫和, 范志超
【申请人】合肥通用机械研究院, 合肥通用机械研究院特种设备检验站