專利名稱：鋼材的氫致裂紋測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋼材的氫致裂紋(Hydrogen Induced Cracking, HIC)測量裝置， 尤其是為測量API (American Petroleum Institute)鋼材等用于石油輸油鋼管的鋼材的質(zhì) 量因素中的抗裂性，將浸泡于人工海水(或適當(dāng)溶液)的鋼材長時(shí)間暴露于加氫的環(huán)境之 后，測量鋼材內(nèi)部組織產(chǎn)生裂紋的程度，以決定鋼材的質(zhì)量等級的鋼材的氫致裂紋測量裝置。
背景技術(shù)：
一般而言，輸油管為遠(yuǎn)距離運(yùn)送石油的一種方法，大部分用鋼材制作而成，而主要 用于輸油管的鋼材統(tǒng)稱為API (American Petroleum Institute)鋼材。API鋼材因其使用環(huán)境的特殊性，需具備耐化學(xué)性，尤其是對氫或硫化氫(H2S)的 抵抗性要強(qiáng)，因此需要通過適當(dāng)?shù)姆椒y量鋼材的抗腐蝕性或抗裂性，以決定其質(zhì)量。作為鋼材的抗裂性測量方法的一種，有氫致裂紋測量方法，其測量將鋼材長時(shí)間 暴露于濕潤酸性環(huán)境時(shí)，存在于鋼材內(nèi)部的氫所導(dǎo)致的裂紋。氫致裂紋測量是在將金屬片浸泡于海水的狀態(tài)下，持續(xù)供應(yīng)氫(H2)或硫化氫 (H2S)時(shí)，因腐蝕所產(chǎn)生的氫原子滲透至試驗(yàn)片鋼材的組織內(nèi)部，導(dǎo)致組織的機(jī)械性質(zhì)變化 而發(fā)生的裂紋，而到目前為止韓國的鋼材氫致裂紋測量裝置未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且沒有可 大量連續(xù)制造試驗(yàn)片的設(shè)備，不能順利地決定鋼材的質(zhì)量，難以對API鋼材的大量生產(chǎn)進(jìn) 行質(zhì)量評價(jià)。

實(shí)用新型內(nèi)容因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種鋼材的氫致裂紋測量裝置，可連續(xù)完成鋼 材的氫致裂紋測量，而且可在一個(gè)裂紋測量裝置上同時(shí)測量大量試驗(yàn)片。本實(shí)用新型的另一目的在于，提供一種鋼材的氫致裂紋測量裝置，可維持均勻的 氫致裂紋測量環(huán)境，最大限度地減少測量誤差。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鋼材的氫致裂紋測量裝置，包括氣體供 應(yīng)部10，填充有硫化氫；測量槽20，內(nèi)部容置實(shí)驗(yàn)鋼材S及酸性溶液，通過與上述氣體供應(yīng) 部10連接的第一管線51，使硫化氫流入并飽和于上述酸性溶液內(nèi)部；穩(wěn)壓槽30，通過第二 管線52與上述測量槽20連接，從而使飽和于測量槽的氣體流入，且在一側(cè)具備開閉閥32 ； 中和槽40，內(nèi)部容置氫氧化鈉溶液，通過第三管線53與上述穩(wěn)壓槽30連接，從而使穩(wěn)壓 槽內(nèi)部氣體流入并飽和于上述氫氧化鈉溶液內(nèi)部，且在一側(cè)具有與滌氣器連接的第四管線 54。進(jìn)一步，設(shè)置多個(gè)所述測量槽20，并設(shè)置對應(yīng)于所述各測量槽20數(shù)量的上述穩(wěn)壓 槽30，而且通過第二管線連接。進(jìn)一步，所述測量槽20為維持一定的溫度而置于設(shè)置有恒溫器110的恒溫槽111 內(nèi)。
3[0011]進(jìn)一步，所述恒溫槽111的內(nèi)部溫度為22 28°C。進(jìn)一步，所述氣體供應(yīng)部10，具備設(shè)置有氣閥的多個(gè)氣瓶，且在所述第一管線51 附著壓力傳感器，從而根據(jù)壓力傳感器信號打開上述多個(gè)氣瓶中的一個(gè)，實(shí)現(xiàn)硫化氫的連
續(xù)供應(yīng)。進(jìn)一步，所述氣體供應(yīng)部10，可分為用于供應(yīng)硫化氫氣體的多個(gè)第一組氣瓶10a、 10b，及用于提供氮?dú)怏w的多個(gè)第二組氣瓶10c、10d，而且在各組管線上設(shè)置用于控制氣體 供應(yīng)量的流量計(jì)。進(jìn)一步，為更換所述中和槽40內(nèi)部容置物，具備排出管42及流入管44。進(jìn)一步，在所述穩(wěn)壓槽30上，設(shè)置供氣體出入的氣孔31。進(jìn)一步，所述測量槽20由玻璃材料制作而成。本實(shí)用新型具有如下效果1、因多個(gè)試驗(yàn)片設(shè)置于維持一定溫度的恒溫槽，從而可維持均勻的測量環(huán)境，最 大限度地減少測量誤差，取得更準(zhǔn)確的測量值。2、準(zhǔn)備多個(gè)硫化氫(H2S)儲(chǔ)存罐，根據(jù)壓力變化自動(dòng)變更設(shè)置硫化氫(H2S)儲(chǔ)存罐 的供應(yīng)線，維持穩(wěn)定的硫化氫(H2S)供應(yīng)量，完成正確的測量。3、因在測量槽和中和槽之間設(shè)置穩(wěn)壓槽，因此不僅可在測量途中更換中和槽的水 溶液，而且因沒有更換使溶液時(shí)的壓力變化，從而無需中斷測量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量，創(chuàng)造穩(wěn)定 的測量環(huán)境。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的主體部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的氣體供應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，而附圖只是說明本實(shí)用 新型的一個(gè)示例，而非限制本實(shí)用新型。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本 實(shí)用新型實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的主體部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型另一 實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的氣體供應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型的測量裝置，包括氣體供應(yīng)部10，填充有硫化氫 (H2S)；測量槽20，內(nèi)部容置實(shí)驗(yàn)鋼材S及酸性溶液，通過與上述氣體供應(yīng)部10連接的第一 管線51，使硫化氫(H2S)流入并飽和于上述酸性溶液內(nèi)部；穩(wěn)壓槽30，通過第二管線52與 上述測量槽20連接，從而使飽和于測量槽的氣體流入，且在一側(cè)具備開閉閥32 ；中和槽40， 內(nèi)部容置氫氧化鈉(NaOH)溶液，通過第三管線53與上述穩(wěn)壓槽30連接，從而使穩(wěn)壓槽內(nèi) 部氣體流入并飽和于上述氫氧化鈉(NaOH)溶液內(nèi)部，且在一側(cè)具有與滌氣器(scrubber) 連接的第四管線54。在較佳實(shí)施例中，上述氣體供應(yīng)部10，具備設(shè)置有氣閥的多個(gè)氣瓶并在上述第一 管線51附著壓力傳感器，從而根據(jù)壓力傳感器打開上述多個(gè)氣瓶上的某個(gè)氣閥，實(shí)現(xiàn)硫化氫(H2S)的連續(xù)供應(yīng)，而且考慮到測量槽20內(nèi)的鋼材試料S被連續(xù)測量96 720小時(shí)，長 時(shí)間按一定量連續(xù)供應(yīng)氣體，以最大限度地減少裂紋測量誤差。作為供應(yīng)硫化氫(H2S)氣體連續(xù)供應(yīng)實(shí)例，如圖1所示，氣體供應(yīng)部10具備第一 氣瓶IOa和第二氣瓶10b，且在各氣瓶上設(shè)置第一氣閥Ila及第二氣閥11b，而在與上述各 氣瓶10a、IOb連接的第一管線51上附著壓力傳感器12，從而使硫化氫(H2S)氣體供應(yīng)至上 述各氣瓶中的一個(gè)。上述壓力傳感器12測量通過第一管線51流動(dòng)的硫化氫(H2S)氣體的移送壓力， 而若移送壓力下降至一定值以下，則控制氣閥的開閉。S卩，在向第一氣瓶IOa供應(yīng)硫化氫(H2S)氣體的過程中，若壓力傳感器12的測量 值下降至一定值以下，則通過打開第二氣瓶IOb的第二氣閥lib供應(yīng)硫化氫(H2S)，實(shí)現(xiàn)連 續(xù)長時(shí)間的氣體供應(yīng)。如圖2所示，在上述測量槽20內(nèi)部容置酸性溶液，且上述鋼材試料S浸泡于酸性 溶液內(nèi)，而通過第一管線51流入的硫化氫(H2S)氣體，飽和于酸性溶液底部并上升。這是為在濕潤酸性環(huán)境中，創(chuàng)造使氫原子滲透至鋼材試料S組織內(nèi)部的條件，而 上述溶液采用人工海水或規(guī)定的適當(dāng)溶液。另外，較佳地，上述測量槽20由玻璃材料制作而成。FRP、PCV、丙烯酸樹脂等合成 樹脂，因其材料組織不致密的特點(diǎn)和透氣性，從而可改變測量槽20內(nèi)的試驗(yàn)溶液的特性， 例如溶解氧，或可與溶液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致測量的誤差。相反，玻璃材料因其組織致密，氣體難 以透過，且難與溶液發(fā)生反應(yīng)，從而不改變?nèi)葜糜趦?nèi)部的試驗(yàn)溶液的特性。上述穩(wěn)壓槽30，通過消除上述測量槽20內(nèi)部壓力和上述中和槽40內(nèi)部的壓力差， 維持相同的壓力，在作為氣體通道設(shè)置于穩(wěn)壓槽30的氣孔31上設(shè)置氣孔閥32，而在下面的 內(nèi)容中對其作用進(jìn)行詳細(xì)說明?？紤]到測量所用的硫化氫(H2S)具有毒性，上述中和槽40的作用是中和上述硫化 氫，而在其內(nèi)部容置有氫氧化鈉(NaOH)。另外，在中和槽40下部，在連接具備排出閥43的排出管42的同時(shí)，其一側(cè)連接具 備流入閥45的流入管44，完成氫氧化鈉(NaOH)的更換。下面，結(jié)合圖2說明鋼材的裂紋測量順序，而通過下述說明將更好地理解本實(shí)用 新型測量裝置100的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。通過第一管線51流入的硫化氫(H2S)飽和于測量槽20的酸性溶液并與鋼材試料 S接觸之后，通過第二管線52移動(dòng)至穩(wěn)壓槽30。此時(shí)，暴露于硫化氫(H2S)氣體的鋼材試料S，隨氫原子滲透至試料內(nèi)部組織產(chǎn)生 裂紋，且根據(jù)裂紋的產(chǎn)生程度決定鋼材質(zhì)量，而其標(biāo)準(zhǔn)和方法與本實(shí)用新型的宗旨無關(guān)，因 此在此不再贅述。流入上述穩(wěn)壓槽30的硫化氫(H2S)氣體，通過第三管線53飽和至中和槽40內(nèi)的 氫氧化鈉(NaOH)溶液內(nèi)部，此時(shí)，通過氫氧化鈉(NaOH)溶液和硫化氫(H2S)氣體的反應(yīng)， 在中和槽40內(nèi)部生成氫硫化鈉水溶液，而剩余氣體通過第四管線54移送至滌氣裝置(未 圖示)進(jìn)行清潔之后，排出至大氣中。此時(shí)，上述測量槽20內(nèi)部環(huán)境需維持至試料S的測量結(jié)束為止，但中和槽40內(nèi)的 氫氧化鈉(NaOH)因持續(xù)與硫化氫(H2S)發(fā)生反應(yīng)，從而其屬性將變質(zhì)，中和能力下降，因此經(jīng)過一定時(shí)間之后需更換氫氧化鈉(NaOH)溶液。而此時(shí)，可通過如上所述的排出管42排 出作為反應(yīng)生成物的氫硫化鈉水溶液，并通過流入管44填充新的氫氧化鈉(NaOH)溶液。在上述更換過程中，中和槽40內(nèi)部壓力可能會(huì)變化，而上述壓力變化將導(dǎo)致測量 槽20內(nèi)部的壓力變化，處理不當(dāng)會(huì)給測量結(jié)果帶來很多誤差。因此，在本實(shí)用新型中，如果在測量槽20和中和槽40之間設(shè)置穩(wěn)壓槽30，可通過 緩沖測量槽20和中和槽40的壓力變化，可相互維持一定的壓力。例如，為更換中和槽40 內(nèi)的氫氧化鈉(NaOH)溶液而打開排出閥43及流入閥45時(shí)，如果一同打開上述穩(wěn)壓槽30 的氣孔閥32，則即使隨中和槽40內(nèi)氫氧化鈉溶液容置量的變化而導(dǎo)致內(nèi)部壓力變化，也因 穩(wěn)壓槽30的氣孔31處于打開狀態(tài)，通過外部空氣的流入或內(nèi)部空氣的排出，緩沖穩(wěn)壓槽30 內(nèi)部壓力，防止測量槽20內(nèi)的壓力變化，從而維持測量槽20內(nèi)的一定壓力，最大限度地減 少鋼材的裂紋測量誤差。另外，如圖1所示，可通過設(shè)置多個(gè)上述測量槽20，同時(shí)依次測量多個(gè)試料S,而此 時(shí)，根據(jù)測量槽20的設(shè)置數(shù)量，設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的穩(wěn)壓槽30。S卩，如圖3所示，若設(shè)置三個(gè)測量槽20a、20b、20c時(shí)，相應(yīng)地也設(shè)置三個(gè)穩(wěn)壓槽，而 此時(shí)，第一測量槽20a和第一穩(wěn)壓槽30a之間、第二測量槽20b和第二穩(wěn)壓槽30b之間及第 三測量槽20c和第三穩(wěn)壓槽30c之間，均通過第二管線52連接，而上述各穩(wěn)壓槽30a、30b、 30c可與一個(gè)中和槽40連接。最大限度地減少測量誤差的實(shí)施例，在進(jìn)行測量的過程中，較佳地，測量槽20維 持一定溫度條件。為此，如圖1所示，上述測量槽20置于設(shè)置有恒溫器110的恒溫槽111 內(nèi)，而上述恒溫器110可維持恒溫槽111內(nèi)部的一定溫度。當(dāng)然，維持上述恒溫槽111內(nèi)部溫度的媒介可為空氣或水等流體，考慮到本實(shí)用 新型的用途，較佳地，采用溫度變化率較少的流體，為此，測量槽20維持浸泡于填充有作為 流體的水的恒溫槽111內(nèi)，而上述恒溫器110所維持的恒溫槽111內(nèi)部的溫度，較佳為22 28°C。圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例鋼材的氫致裂紋測量裝置的氣體供應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，上述氣體供應(yīng)部10，可分為用于供應(yīng)硫化氫(H2S)氣體的多個(gè)第一組 氣瓶10a、10b，及用于提供氮?dú)?N2)的多個(gè)第二組氣瓶10c、10d，而填充上述氮?dú)?N2)的氣 瓶10c、10d也各具備氣閥llc、lld，而且為了選擇性地開閉各氣閥llc、lld，具備用于測量 壓力的第二組壓力傳感器12'。另外，根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例，上述氣體供應(yīng)部10，具備用于控制上述第一組 氣瓶10a、10b的氣體供應(yīng)量的第一流量計(jì)13，及用于控制第二組氣瓶10c、10d的氣體供應(yīng) 量的第二流量計(jì)13'。在供應(yīng)上述硫化氫(H2S)氣體之前，通過供應(yīng)上述氮(N2)氣體，清除測量槽內(nèi)部及 各管線內(nèi)部的溶解氧，更準(zhǔn)確地利用硫化氫(H2S)氣體測量裂紋。為此，首先，通過打開第二流量計(jì)13'供應(yīng)氮?dú)?N2)之后，關(guān)閉第二流量計(jì)13' 并打開第一流量計(jì)13，供應(yīng)硫化氫(H2S)氣體。上述說明結(jié)合附圖僅用以說明本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而非限制，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型進(jìn)行修改、變形或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的 精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種鋼材的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，包括氣體供應(yīng)部(10)，填充有硫化氫；測量槽(20)，內(nèi)部容置實(shí)驗(yàn)鋼材(S)及酸性溶液，通過與上述氣體供應(yīng)部(10)連接的第一管線(51)，使硫化氫流入并飽和于上述酸性溶液內(nèi)部；穩(wěn)壓槽(30)，通過第二管線(52)與上述測量槽(20)連接，從而使飽和于測量槽的氣體流入，且在一側(cè)具備開閉閥(32)；中和槽(40)，內(nèi)部容置氫氧化鈉溶液，通過第三管線(53)與上述穩(wěn)壓槽(30)連接，穩(wěn)壓槽內(nèi)部氣體流入并飽和于上述氫氧化鈉溶液內(nèi)部，且在一側(cè)具有與滌氣器連接的第四管線(54)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，設(shè)置多個(gè)所述測量槽(20)， 并設(shè)置對應(yīng)于所述各測量槽(20)數(shù)量的上述穩(wěn)壓槽(30)，而且通過第二管線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，所述測量槽(20)為維 持一定的溫度而置于設(shè)置有恒溫器(110)的恒溫槽(111)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，所述恒溫槽(111)的內(nèi)部溫 度為22 28°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，所述氣體供應(yīng)部(10)，具備 設(shè)置有氣閥的多個(gè)氣瓶，且在所述第一管線(51)附著壓力傳感器，從而根據(jù)壓力傳感器信 號打開上述多個(gè)氣瓶中的一個(gè)，實(shí)現(xiàn)硫化氫的連續(xù)供應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，所述氣體供應(yīng)部(10)，可分 為用于供應(yīng)硫化氫氣體的多個(gè)第一組氣瓶(10a)、第一組氣瓶(10b)，及用于提供氮?dú)怏w的 多個(gè)第二組氣瓶(10c)、第二組氣瓶(IOd)，而且在各組管線上設(shè)置用于控制氣體供應(yīng)量的 流量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，為更換所述中和槽 (40)內(nèi)部容置物，具備排出管(42)及流入管(44)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，在所述穩(wěn)壓槽(30)上， 設(shè)置供氣體出入的氣孔(31)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫致裂紋測量裝置，其特征在于，所述測量槽(20)由玻 璃材料制作而成。
專利摘要本實(shí)用新型一種鋼材的氫致裂紋測量裝置，包括氣體供應(yīng)部，填充有硫化氫；測量槽，內(nèi)部容置實(shí)驗(yàn)鋼材及酸性溶液，通過與上述氣體供應(yīng)部連接的第一管線，使硫化氫流入并飽和于上述酸性溶液內(nèi)部；穩(wěn)壓槽，通過第二管線與上述測量槽連接，從而使飽和于測量槽的氣體流入，且在一側(cè)具備開閉閥；中和槽，內(nèi)部容置氫氧化鈉溶液，通過第三管線與上述穩(wěn)壓槽連接，從而使穩(wěn)壓槽內(nèi)部氣體流入并飽和于上述氫氧化鈉溶液內(nèi)部，且在一側(cè)具有與滌氣器連接的第四管線。因多個(gè)試驗(yàn)片設(shè)置于維持一定溫度的恒溫槽，從而可維持均勻的測量環(huán)境，最大限度地減少測量誤差，取得更準(zhǔn)確的測量值。
文檔編號G01N17/00GK201662499SQ201020118210
公開日2010年12月1日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者崔鐘吉 申請人:塔鐵科株式會(huì)社