NACE TM0177-2024 标准

版本沿革

自 20 世纪 80 年代以来，本标准经过多次修订，每一次修订都在收紧试验程序和报告要求。下表列出了已发布的版本沿革。

2024 版澄清了一般性信息，并修订了试验溶液的定义以适应行业扩展的需求，包括除氧和饱和程序。四种方法的报告要求均已修订，鉴定条款也已更新。

NACE TM0177 的 4 种试验方法：A、B、C 和 D

标准中包含四种方法，各自测量的对象不同。方法 A 和方法 C 给出某一应力水平下开裂或不开裂的结果，方法 B 给出统计推导的临界应力系数 (S_c)，方法 D 则给出断裂力学数值。选错方法，得到的将是一个有效却答非所问的试验结果。

方法 A：NACE 标准拉伸试验

方法 A 评价金属在单轴拉伸载荷下的抗 EAC 性能。它采用应力状态明确的简单无缺口试样，敏感性通常由断裂时间确定。加载至特定应力水平的试样给出开裂或不开裂的结果；在不同应力水平下试验多个试样，则可得到表观临界应力。

标准拉伸试样的缩径段直径为 6.35 ± 0.13 mm (0.250 ± 0.005 in)，长度为 25.4 ± 0.13 mm (1.00 ± 0.005 in)。也允许采用直径 3.81 ± 0.05 mm (0.150 ± 0.002 in)、长度相同的小尺寸试样。缩径段直径和长度均须报告；试样取向会影响结果，因此也须报告。

试验在试样断裂或达到 720 小时时终止，以先到者为准。方法 A 是 ISO 15156-2 针对规定最小屈服强度 (SMYS) 为 690 至 760 MPa 的 Cr-Mo 低合金钢管材指定的试验，每个试验批次均须通过单轴拉伸 (UT) 试验证明其抗 SSC 性能。

方法 B：NACE 标准三点弯梁试验

方法 B 采用施加三点弯曲的恒位移夹具对碳钢和低合金钢进行试验。试样尺寸小，便于对局部小区域和薄壁材料进行试验，尤其是焊缝区和热影响区 (HAZ)。

标准试样宽 4.57 ± 0.13 mm (0.180 ± 0.0050 in)、厚 1.52 ± 0.13 mm (0.060 ± 0.0050 in)、长 67.3 ± 1.3 mm (2.65 ± 0.050 in)。通常从一个样品上截取 12 至 16 个试样来确定敏感性，因为其结果是统计推导的临界应力系数，而非单一的合格或不合格判定。

方法 B 在 API 5CT 中被列为产品验证试验，这正是套管和油管生产厂常用它的原因。试验在 720 小时后或所有试样均已失效时终止，以先到者为准。

方法 B 使用其专用试验溶液，即在蒸馏水或去离子水中加入 0.5 wt% 冰醋酸、不添加 NaCl；方法 B 配合试验溶液 A 至 D 使用尚未标准化。由于计算所得的应力是一种伪应力，方法 B 不适用于确定临界应力。

方法 C：NACE 标准 C 形环试验

方法 C 采用符合 ASTM G38 的无缺口 C 形环试样。将试样变形至特定的外表面纤维应力水平，得到开裂或不开裂的结果；在不同应力水平下试验多个试样，则可得到表观临界应力。

C 形环适用于管材产品，因为试样直接从管壁上切取并沿环向加载，再现了材料在服役中承受的环向应力方向。试验在 720 小时后或所有 C 形环试样均已开裂时终止，以先到者为准。

方法 D：NACE 标准双悬臂梁试验

方法 D 测量的是抗裂纹扩展而非抗裂纹萌生的性能，以临界应力强度因子表示：SSC 用 K_ISSC，更广义的 EAC 用 K_EAC。它采用的是止裂型断裂力学试验。

其优点在于结果的可靠性。方法 D 不受点蚀或裂纹萌生不确定性的影响，因为在有效试验中裂纹总是会被预制萌生。它直接给出抗裂纹扩展性能的数值评定，而不是开裂或不开裂的判断。

这种数值输出也正是它在鉴定工作中的局限所在。ISO 15156-2 表 B.1 列出了 DCB 试验，但其验收准则须由书面协议确定，将其用作鉴定依据由设备用户自行决定，并须有书面论证。

4 种标准试验溶液：溶液 A、B、C 和 D

四种溶液均为水基盐水，其 H₂S 分压由用户或采购方规定。溶液 A 为酸化溶液，溶液 B 为酸化并缓冲的溶液，溶液 C 和 D 则是含乙酸盐的盐水，其初始 pH 由用户或采购方规定，并用 HCl 或 NaOH 调节。

pH 受三条规则约束，违反任何一条都会使试验无效。初始 pH 必须落在规定范围内并予以报告。对于 TM0177 的标准溶液，不允许通过改变溶液组成来调节 pH，超出范围的溶液应予废弃，而不是校正。对于溶液 A 和 B，最终 pH 在试验过程中可以上升，但不得超过 4.0，超过即为无效试验。

注：标准指出，只要保持试验溶液体积与试样表面积之比并满足溶解氧要求，pH 就会保持在限值以内。pH 漂移通常说明是体积比或氧含量出了问题，而不是材料本身的问题。

三种允许使用的试验气体

试验气体由用户或采购方从三种选项中指定，达到饱和后应以能维持饱和状态的速率持续通气。

• 化学纯 H₂S，这是溶液 A 历来的规定方式
• H₂S 与氮气的混合气，其 H₂S 含量应足以产生规定的分压
• H₂S 与 CO₂ 的混合气，其 H₂S 含量应足以产生规定的分压

试验起始时间定义为达到饱和的时刻，而不是试样放入试验容器的时刻。饱和状态必须按标准规定的程序进行核实或验证。

试验持续时间与 CRA 暴露时间注意事项

720 小时（30 天）是方法 A、B 和 C 的标准试验持续时间。每种方法均在达到 720 小时或试样失效时终止，以先到者为准。方法 A 在试样断裂时也即终止。

范围中有一条注释，其重要性远超其篇幅：试验耐蚀合金时可能需要额外的暴露时间，进一步的指导见 ISO 15156-3:2020 技术通报 2:2022。

这在商务上很重要。双相不锈钢或镍合金的 720 小时试验结果可能并不是完整的答案，规定 CRA 试验的采购方应在实验室安排试验容器之前，确认延长暴露时间的指导是否适用。

对于方法 D (DCB)，碳钢和低合金钢的试验持续时间应不少于 14 天，在试验溶液 C 和 D 中则不少于 17 天。对于不锈钢以及 Ni 基、Ni/Co 基、Ti 基或 Zr 基合金，应不少于 720 小时；超高强度钢、低温或低 H₂S 环境可能需要 21 天或更长时间。持续时间由用户或采购方规定，并与结果一同报告。

TM0177 与 MR0175 和 ISO 15156 的关系

TM0177 是 MR0175 和 ISO 15156 所引用的试验方法。它给出试验结果；而这些结果允许什么，则由材料标准决定。

NACE MR0175 标准页面说明了其三部分结构以及各标准编号之间的对应关系。TM0177 作为三个部分附录 B 鉴定途径所依赖的试验程序，支撑着全部三个部分。

对于碳钢和低合金钢，ISO 15156-2 标准页面介绍了表 B.1，该表规定：针对特定应用或 SSC 区域 1 和 2 进行鉴定时，施加应力水平为实际屈服强度 (AYS) 的 ≥ 90 %；针对全部 SSC 区域进行鉴定时，为 ≥ 80 % AYS。

对于不锈钢、双相不锈钢和镍合金，ISO 15156-3 标准页面说明了该标准如何允许通过试验对比附录 A 表格更苛刻的工况以及与所列不同的冶金状态进行鉴定。TM0177 正是执行这些试验的方法。

哪些材料需要按 TM0177 进行试验

大多数材料根本不需要进入 TM0177 试验容器。ISO 15156 附录 A 表格中所列的合金，只要在其规定的环境限值内使用，无需额外的 SSC 试验即视为合格。以下四种情况才需要进行试验。

• 合金不在附录 A 中：牌号不属于所列材料类型或单独列出的合金
• 服役条件超出附录 A 的适用范围：H₂S 更高、温度更高、pH 更低或氯离子含量高于表格允许值
• 冶金状态不同：强度更高、采用其他热处理或表格未涵盖的冷加工状态
• 焊接工艺评定：需要通过焊接试样的 SSC 试验合格结果来建立替代的焊缝硬度验收准则

第五种情况属于商务考虑而非技术需要。ISO 15156-2 将其选项 2 鉴定途径定位于油井管 (OCTG) 和管线管等大宗材料，在这些场合使用附录 A 以外钢种的经济效益超过了鉴定成本。

对于以固溶退火加淬火状态交货、铁素体含量在 35 % 至 65 % 范围内的 2205 双相不锈钢无缝管，附录 A 仅在规定的环境限值内（例如一般设备的 H₂S 分压上限为 10 kPa (1.5 psi)，冷加工井下管材为 2 kPa (0.3 psi)）才无需 TM0177 试验即判定其合格。

更高等级的材料也是如此。退火状态的英科耐尔(Inconel) 625 无缝管所属的材料组完全没有环境限值，因此试验仅针对特殊的冶金状态，而非常规供货。