专利名称：钢材的氢致裂纹测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢材的氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking, HIC)测量装置， 尤其是为测量API (American Petroleum Institute)钢材等用于石油输油钢管的钢材的质 量因素中的抗裂性，将浸泡于人工海水(或适当溶液)的钢材长时间暴露于加氢的环境之 后，测量钢材内部组织产生裂纹的程度，以决定钢材的质量等级的钢材的氢致裂纹测量装置。
背景技术：
一般而言，输油管为远距离运送石油的一种方法，大部分用钢材制作而成，而主要 用于输油管的钢材统称为API (American Petroleum Institute)钢材。API钢材因其使用环境的特殊性，需具备耐化学性，尤其是对氢或硫化氢(H2S)的 抵抗性要强，因此需要通过适当的方法测量钢材的抗腐蚀性或抗裂性，以决定其质量。作为钢材的抗裂性测量方法的一种，有氢致裂纹测量方法，其测量将钢材长时间 暴露于湿润酸性环境时，存在于钢材内部的氢所导致的裂纹。氢致裂纹测量是在将金属片浸泡于海水的状态下，持续供应氢(H2)或硫化氢 (H2S)时，因腐蚀所产生的氢原子渗透至试验片钢材的组织内部，导致组织的机械性质变化 而发生的裂纹，而到目前为止韩国的钢材氢致裂纹测量装置未能实现自动化，而且没有可 大量连续制造试验片的设备，不能顺利地决定钢材的质量，难以对API钢材的大量生产进 行质量评价。
实用新型内容因此，本实用新型的目的在于提供一种钢材的氢致裂纹测量装置，可连续完成钢 材的氢致裂纹测量，而且可在一个裂纹测量装置上同时测量大量试验片。本实用新型的另一目的在于，提供一种钢材的氢致裂纹测量装置，可维持均勻的 氢致裂纹测量环境，最大限度地减少测量误差。本实用新型的目的是这样实现的一种钢材的氢致裂纹测量装置，包括气体供 应部10，填充有硫化氢；测量槽20，内部容置实验钢材S及酸性溶液，通过与上述气体供应 部10连接的第一管线51，使硫化氢流入并饱和于上述酸性溶液内部；稳压槽30，通过第二 管线52与上述测量槽20连接，从而使饱和于测量槽的气体流入，且在一侧具备开闭阀32 ； 中和槽40，内部容置氢氧化钠溶液，通过第三管线53与上述稳压槽30连接，从而使稳压 槽内部气体流入并饱和于上述氢氧化钠溶液内部，且在一侧具有与涤气器连接的第四管线 54。进一步，设置多个所述测量槽20，并设置对应于所述各测量槽20数量的上述稳压 槽30，而且通过第二管线连接。进一步，所述测量槽20为维持一定的温度而置于设置有恒温器110的恒温槽111 内。
3[0011]进一步，所述恒温槽111的内部温度为22 28°C。进一步，所述气体供应部10，具备设置有气阀的多个气瓶，且在所述第一管线51 附着压力传感器，从而根据压力传感器信号打开上述多个气瓶中的一个，实现硫化氢的连
续供应。进一步，所述气体供应部10，可分为用于供应硫化氢气体的多个第一组气瓶10a、 10b，及用于提供氮气体的多个第二组气瓶10c、10d，而且在各组管线上设置用于控制气体 供应量的流量计。进一步，为更换所述中和槽40内部容置物，具备排出管42及流入管44。进一步，在所述稳压槽30上，设置供气体出入的气孔31。进一步，所述测量槽20由玻璃材料制作而成。本实用新型具有如下效果1、因多个试验片设置于维持一定温度的恒温槽，从而可维持均勻的测量环境，最 大限度地减少测量误差，取得更准确的测量值。2、准备多个硫化氢(H2S)储存罐，根据压力变化自动变更设置硫化氢(H2S)储存罐 的供应线，维持稳定的硫化氢(H2S)供应量，完成正确的测量。3、因在测量槽和中和槽之间设置稳压槽，因此不仅可在测量途中更换中和槽的水 溶液，而且因没有更换使溶液时的压力变化，从而无需中断测量，实现连续测量，创造稳定 的测量环境。
图1为本实用新型实施例钢材的氢致裂纹测量装置的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例钢材的氢致裂纹测量装置的主体部分结构示意图；图3为本实用新型另一实施例钢材的氢致裂纹测量装置的气体供应结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细说明，而附图只是说明本实用 新型的一个示例，而非限制本实用新型。图1为本实用新型实施例钢材的氢致裂纹测量装置的整体结构示意图；图2为本 实用新型实施例钢材的氢致裂纹测量装置的主体部分结构示意图；图3为本实用新型另一 实施例钢材的氢致裂纹测量装置的气体供应结构示意图。如图1-图2所示，本实用新型的测量装置，包括气体供应部10，填充有硫化氢 (H2S)；测量槽20，内部容置实验钢材S及酸性溶液，通过与上述气体供应部10连接的第一 管线51，使硫化氢(H2S)流入并饱和于上述酸性溶液内部；稳压槽30，通过第二管线52与 上述测量槽20连接，从而使饱和于测量槽的气体流入，且在一侧具备开闭阀32 ；中和槽40， 内部容置氢氧化钠(NaOH)溶液，通过第三管线53与上述稳压槽30连接，从而使稳压槽内 部气体流入并饱和于上述氢氧化钠(NaOH)溶液内部，且在一侧具有与涤气器(scrubber) 连接的第四管线54。在较佳实施例中，上述气体供应部10，具备设置有气阀的多个气瓶并在上述第一 管线51附着压力传感器，从而根据压力传感器打开上述多个气瓶上的某个气阀，实现硫化氢(H2S)的连续供应，而且考虑到测量槽20内的钢材试料S被连续测量96 720小时，长 时间按一定量连续供应气体，以最大限度地减少裂纹测量误差。作为供应硫化氢(H2S)气体连续供应实例，如图1所示，气体供应部10具备第一 气瓶IOa和第二气瓶10b，且在各气瓶上设置第一气阀Ila及第二气阀11b，而在与上述各 气瓶10a、IOb连接的第一管线51上附着压力传感器12，从而使硫化氢(H2S)气体供应至上 述各气瓶中的一个。上述压力传感器12测量通过第一管线51流动的硫化氢(H2S)气体的移送压力， 而若移送压力下降至一定值以下，则控制气阀的开闭。S卩，在向第一气瓶IOa供应硫化氢(H2S)气体的过程中，若压力传感器12的测量 值下降至一定值以下，则通过打开第二气瓶IOb的第二气阀lib供应硫化氢(H2S)，实现连 续长时间的气体供应。如图2所示，在上述测量槽20内部容置酸性溶液，且上述钢材试料S浸泡于酸性 溶液内，而通过第一管线51流入的硫化氢(H2S)气体，饱和于酸性溶液底部并上升。这是为在湿润酸性环境中，创造使氢原子渗透至钢材试料S组织内部的条件，而 上述溶液采用人工海水或规定的适当溶液。另外，较佳地，上述测量槽20由玻璃材料制作而成。FRP、PCV、丙烯酸树脂等合成 树脂，因其材料组织不致密的特点和透气性，从而可改变测量槽20内的试验溶液的特性， 例如溶解氧，或可与溶液发生反应，导致测量的误差。相反，玻璃材料因其组织致密，气体难 以透过，且难与溶液发生反应，从而不改变容置于内部的试验溶液的特性。上述稳压槽30，通过消除上述测量槽20内部压力和上述中和槽40内部的压力差， 维持相同的压力，在作为气体通道设置于稳压槽30的气孔31上设置气孔阀32，而在下面的 内容中对其作用进行详细说明。考虑到测量所用的硫化氢(H2S)具有毒性，上述中和槽40的作用是中和上述硫化 氢，而在其内部容置有氢氧化钠(NaOH)。另外，在中和槽40下部，在连接具备排出阀43的排出管42的同时，其一侧连接具 备流入阀45的流入管44，完成氢氧化钠(NaOH)的更换。下面，结合图2说明钢材的裂纹测量顺序，而通过下述说明将更好地理解本实用 新型测量装置100的结构和特点。通过第一管线51流入的硫化氢(H2S)饱和于测量槽20的酸性溶液并与钢材试料 S接触之后，通过第二管线52移动至稳压槽30。此时，暴露于硫化氢(H2S)气体的钢材试料S，随氢原子渗透至试料内部组织产生 裂纹，且根据裂纹的产生程度决定钢材质量，而其标准和方法与本实用新型的宗旨无关，因 此在此不再赘述。流入上述稳压槽30的硫化氢(H2S)气体，通过第三管线53饱和至中和槽40内的 氢氧化钠(NaOH)溶液内部，此时，通过氢氧化钠(NaOH)溶液和硫化氢(H2S)气体的反应， 在中和槽40内部生成氢硫化钠水溶液，而剩余气体通过第四管线54移送至涤气装置(未 图示)进行清洁之后，排出至大气中。此时，上述测量槽20内部环境需维持至试料S的测量结束为止，但中和槽40内的 氢氧化钠(NaOH)因持续与硫化氢(H2S)发生反应，从而其属性将变质，中和能力下降，因此经过一定时间之后需更换氢氧化钠(NaOH)溶液。而此时，可通过如上所述的排出管42排 出作为反应生成物的氢硫化钠水溶液，并通过流入管44填充新的氢氧化钠(NaOH)溶液。在上述更换过程中，中和槽40内部压力可能会变化，而上述压力变化将导致测量 槽20内部的压力变化，处理不当会给测量结果带来很多误差。因此，在本实用新型中，如果在测量槽20和中和槽40之间设置稳压槽30，可通过 缓冲测量槽20和中和槽40的压力变化，可相互维持一定的压力。例如，为更换中和槽40 内的氢氧化钠(NaOH)溶液而打开排出阀43及流入阀45时，如果一同打开上述稳压槽30 的气孔阀32，则即使随中和槽40内氢氧化钠溶液容置量的变化而导致内部压力变化，也因 稳压槽30的气孔31处于打开状态，通过外部空气的流入或内部空气的排出，缓冲稳压槽30 内部压力，防止测量槽20内的压力变化，从而维持测量槽20内的一定压力，最大限度地减 少钢材的裂纹测量误差。另外，如图1所示，可通过设置多个上述测量槽20，同时依次测量多个试料S,而此 时，根据测量槽20的设置数量，设置相应数量的稳压槽30。S卩，如图3所示，若设置三个测量槽20a、20b、20c时，相应地也设置三个稳压槽，而 此时，第一测量槽20a和第一稳压槽30a之间、第二测量槽20b和第二稳压槽30b之间及第 三测量槽20c和第三稳压槽30c之间，均通过第二管线52连接，而上述各稳压槽30a、30b、 30c可与一个中和槽40连接。最大限度地减少测量误差的实施例，在进行测量的过程中，较佳地，测量槽20维 持一定温度条件。为此，如图1所示，上述测量槽20置于设置有恒温器110的恒温槽111 内，而上述恒温器110可维持恒温槽111内部的一定温度。当然，维持上述恒温槽111内部温度的媒介可为空气或水等流体，考虑到本实用 新型的用途，较佳地，采用温度变化率较少的流体，为此，测量槽20维持浸泡于填充有作为 流体的水的恒温槽111内，而上述恒温器110所维持的恒温槽111内部的温度，较佳为22 28°C。图3为本实用新型另一实施例钢材的氢致裂纹测量装置的气体供应结构示意图。如图3所示，上述气体供应部10，可分为用于供应硫化氢(H2S)气体的多个第一组 气瓶10a、10b，及用于提供氮气(N2)的多个第二组气瓶10c、10d，而填充上述氮气(N2)的气 瓶10c、10d也各具备气阀llc、lld，而且为了选择性地开闭各气阀llc、lld，具备用于测量 压力的第二组压力传感器12'。另外，根据本实用新型另一实施例，上述气体供应部10，具备用于控制上述第一组 气瓶10a、10b的气体供应量的第一流量计13，及用于控制第二组气瓶10c、10d的气体供应 量的第二流量计13'。在供应上述硫化氢(H2S)气体之前，通过供应上述氮(N2)气体，清除测量槽内部及 各管线内部的溶解氧，更准确地利用硫化氢(H2S)气体测量裂纹。为此，首先，通过打开第二流量计13'供应氮气(N2)之后，关闭第二流量计13' 并打开第一流量计13，供应硫化氢(H2S)气体。上述说明结合附图仅用以说明本实用新型较佳实施例而非限制，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本实用新型进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本实用新型的 精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种钢材的氢致裂纹测量装置，其特征在于，包括气体供应部(10)，填充有硫化氢；测量槽(20)，内部容置实验钢材(S)及酸性溶液，通过与上述气体供应部(10)连接的第一管线(51)，使硫化氢流入并饱和于上述酸性溶液内部；稳压槽(30)，通过第二管线(52)与上述测量槽(20)连接，从而使饱和于测量槽的气体流入，且在一侧具备开闭阀(32)；中和槽(40)，内部容置氢氧化钠溶液，通过第三管线(53)与上述稳压槽(30)连接，稳压槽内部气体流入并饱和于上述氢氧化钠溶液内部，且在一侧具有与涤气器连接的第四管线(54)。
2.根据权利要求1所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，设置多个所述测量槽(20)， 并设置对应于所述各测量槽(20)数量的上述稳压槽(30)，而且通过第二管线连接。
3.根据权利要求1或2所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，所述测量槽(20)为维 持一定的温度而置于设置有恒温器(110)的恒温槽(111)内。
4.根据权利要求3所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，所述恒温槽(111)的内部温 度为22 28°C。
5.根据权利要求1所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，所述气体供应部(10)，具备 设置有气阀的多个气瓶，且在所述第一管线(51)附着压力传感器，从而根据压力传感器信 号打开上述多个气瓶中的一个，实现硫化氢的连续供应。
6.根据权利要求1所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，所述气体供应部(10)，可分 为用于供应硫化氢气体的多个第一组气瓶(10a)、第一组气瓶(10b)，及用于提供氮气体的 多个第二组气瓶(10c)、第二组气瓶(IOd)，而且在各组管线上设置用于控制气体供应量的 流量计。
7.根据权利要求1或2所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，为更换所述中和槽 (40)内部容置物，具备排出管(42)及流入管(44)。
8.根据权利要求1或2所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，在所述稳压槽(30)上， 设置供气体出入的气孔(31)。
9.根据权利要求1或2所述的氢致裂纹测量装置，其特征在于，所述测量槽(20)由玻 璃材料制作而成。
专利摘要本实用新型一种钢材的氢致裂纹测量装置，包括气体供应部，填充有硫化氢；测量槽，内部容置实验钢材及酸性溶液，通过与上述气体供应部连接的第一管线，使硫化氢流入并饱和于上述酸性溶液内部；稳压槽，通过第二管线与上述测量槽连接，从而使饱和于测量槽的气体流入，且在一侧具备开闭阀；中和槽，内部容置氢氧化钠溶液，通过第三管线与上述稳压槽连接，从而使稳压槽内部气体流入并饱和于上述氢氧化钠溶液内部，且在一侧具有与涤气器连接的第四管线。因多个试验片设置于维持一定温度的恒温槽，从而可维持均匀的测量环境，最大限度地减少测量误差，取得更准确的测量值。
文档编号G01N17/00GK201662499SQ201020118210
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年8月14日
发明者崔钟吉 申请人:塔铁科株式会社