X80管线钢焊接热影响区氢致裂纹行为研究

摘要

随着我国油气管线建设工程的大力发展，对管线钢的需求持续增加。X80 钢因具有较高的强度和良好的韧性，被认为是21世纪输气管道的首先钢级，在我国西气东输二线工程中得到广泛的应用。管线钢在实际应用时，各管道之间连接主要依靠焊接工艺来完成，焊缝附近的组织会发生变化，复杂的组织结构使X80钢的机械性能变差、其抗氢致裂纹（HIC）性能也会发生变化。因此，对X80钢及其焊缝组织HIC性能研究具有一定必要性和紧迫性。
　　 本文通过对实际X80 管线钢焊缝显微组织的分析，结合文献和CCT曲线，运用不同的热处理工艺对焊接热影响区组织进行模拟；并通过金相显微镜和扫描电镜分析原始和热处理后X80钢的显微组织、夹杂物和析出物；研究三种不同显微组织X80管线钢的氢致裂纹敏感性；通过H2S环境下氢渗透实验，研究氢捕获效率与氢致裂纹敏感性的关系；采用极化曲线和交流阻抗谱来研究水淬组织X80管线钢在H2S环境中的电化学行为；
　　 在H2S环境下电化学行为和氢渗透行为的基础上，初步探讨了采用电解充氢的方法模拟湿饱和H2S环境中氢渗透行为的可行性，为应用电化学充氢方法测试氢致裂纹敏感性提供数据支持。研究结果表明：
　　 ⑴通过将原始试样加热到1300℃，分别进行空冷和水淬热处理的方法对X80管线钢焊接热影响区组织进行模拟。原始组织以针状铁素体为主，空冷组织以多边形铁素体和少量粒状贝氏体组成，水淬组织以板条马氏体为主。热处理前后X80钢的夹杂物不发生变化，主要为MgO、Al2O3、CaO、TiO2及其复合夹杂，其析出物主要为Nb和Ti的碳氮化物；
　　 ⑵对不同组织X80钢的氢致裂纹实验结果表明，热处理使得X80钢的氢致裂纹敏感性升高。其裂纹多在夹杂物处萌生，在原始和空冷试样中以穿晶扩展为主，在水淬试样中以沿晶扩展为主，伴随少量沿晶扩展；
　　 ⑶不同组织X80 钢抗HIC 敏感性能力与氢渗透通量J∞、氢扩散系数Deff表现出相同的规律，不同组织X80 钢氢渗透通量J∞、氢扩散系数Deff越低，氢捕获效率越高，管线钢氢致裂纹敏感性越大；
　　 ⑷X80 钢水淬试样在不同浸泡时间下的极化曲线和交流阻抗谱都表明随着浸泡时间的延长，材料腐蚀加速，说明随着时间的延长，材料表面析氢反应更易进行，会产生更多的H原子进入到钢基体中，促进氢致裂纹的萌生和扩展；
　　 ⑸使用30mA/cm2电流密度下电解0.5mol/L H2SO4+3.1×10-3 mol/L Na4P2O7溶液进行电化学充氢渗氢模拟含饱和H2S NACE A溶液环境下管线钢的渗氢行为具有合理性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

第2 章X80 管线钢焊缝组织模拟与分析

第3章X80 钢及其焊缝模拟组织氢致裂纹行为研究

第4 章X80 钢及焊缝模拟组织H2S 环境下氢渗透行为研究

第5 章X80 钢焊缝模拟组织在含H2S 的NACEＡ溶液中的电化学行为研究

第6 章电化学充氢方法模拟饱和H2S 环境渗氢行为的探索研究

第7 章全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文

致谢