抗H2S腐蚀高强度X70MS埋弧焊耐蚀焊材的研制

摘要

本文基于抗H2S腐蚀高强度X70MS管线钢的特点，对其在H2S环境中的腐蚀机理、合金元素和组织对其影响进行研究，确定以晶粒细小的针状铁素体和粒状贝氏体为主的焊缝组织成分，设计出X70MS管线钢埋弧焊用焊丝的合金系及主要合金元素的含量范围和耐蚀焊剂的渣系及碱度范围，研制出X70MS管线钢埋弧焊耐蚀焊丝NS1、NS2、NS3、NS4及耐蚀焊剂SJ101G4。研制出的耐蚀焊丝焊剂进行熔敷金属试验，所得熔敷金属不仅具有较高的抗拉强度（屈服强度σs≥510），而且具有优良的低温冲击韧性(AKV(-20℃)≥54)，硬度最大值HVmax≤213，最重要的是具有优异的抗H2S腐蚀能力，4种焊丝熔敷金属在HIC试验中未出现氢鼓泡和开裂现象，在SSCC试验中未出现裂纹，甚至加载力达到133％σs名义拉伸应力时，也没有出现裂纹，满足了X70MS管线钢的性能要求。进而对选出的耐蚀焊丝焊剂进行了平板对焊试验和实验室小批量X70MS管线钢管的试制，不仅焊接工艺性优良，而且都得到了预期的焊缝组织和性能，特别是获得优异的抗H2S腐蚀性能。试验表明耐蚀焊接材料可以适用于较宽的焊接速度范围，并且当焊接速度达到2 m/min时，所得焊接接头力学性能满足API SPEC5L附录H-酸性服役条件PSL2钢管的订购技术条件要求，抗H2S腐蚀性能满足NACE TM0284-96及NACETM0177-2005标准要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 油气管道的发展现状

1．2 抗酸腐蚀管线钢管发展现状

1．3 抗H2S腐蚀高强度XTOMS管线钢的特点

1．4 管线钢用埋弧焊材的研究现状及趋势

1．5 内容、创新点和技术路线

1．5．1 内容

1．5．2 创新点

1．5．3 技术路线

1．6 小结

第二章 管线钢H2S腐蚀机理及影响因素

2．1 管线钢在H2S中的腐蚀过程

2．2 管线钢在H2S腐蚀中的破坏类型

2．2．1 H2S导致管线钢的氢致开裂过程(HIC)

2．2．2 H2S导致管线钢的硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)

2．3 管线钢H2S腐蚀的影响因素

2．3．1 合金元素

2．3．2 组织

2．4 硫化氢腐蚀的试验方法

2．4．1 氢致开裂(HIC)的研究方法

2．4．2 硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)的研究方法

2．5 小结

第三章 X70MS管线钢焊缝组织成分和合金系的设计

3．1 X70MS管线钢焊缝金属的性能指标

3．2 X70MS焊缝的组织设计

3．3 X70MS焊缝组织中针状铁素体和粒状贝氏体的转变和控制

3．3．1 X70MS焊缝组织中针状铁素体和粒状贝氏体的转变

3．3．2 X70MS焊缝组织中针状铁素体和粒状贝氏体的控制

3．4 合金系的确定

3．4．1 合金元素的影响

3．4．2 合金系的设计

3．4．3 焊缝金属力学性能预测

3．5 焊丝的试制

3．6 小结

第四章 X70MS管线钢耐蚀焊丝熔敷金属试验

4．1 前言

4．2 试验材料及方法

4．2．1 焊丝熔敷金属焊接试验

4．2．2 焊丝熔敷金属力学性能试验

4．2．3 焊丝熔敷金属化学成分和组织分析

4．2．4 焊丝熔敷金属HIC和SSCC试验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 焊丝熔敷金属化学成分

4．3．2 焊丝熔敷金属冲击韧性

4．3．3 焊丝熔敷金属拉伸实验结果

4．3．4 焊丝熔敷金属硬度实验结果

4．3．5 焊丝熔敷金属金相组织

4．3．6 焊丝熔敷金属HIC结果

4．3．7 焊丝熔敷金属SSCC结果

4．4 小结

第五章 抗H2S腐蚀X70MS管线钢埋弧焊用烧结焊剂的优化

5．1 焊剂渣系和碱度的确定

5．2 耐H2S腐蚀焊剂的开发

5．2．1 焊剂的配方设计

5．2．2 焊剂的制作

5．3 熔敷金属试验

5．3．1 试验材料和方法

5．3．2 试验结果及分析

5．4 小结

第六章 X70MS管线钢焊接试验

6．1 实验材料与方法

6．2 不同耐蚀焊丝与X70MS管线钢的匹配试验

6．2．1 常规力学及抗H2S腐蚀性能测试结果

6．2．2 不同耐蚀焊丝焊接接头金相组织

6．2．3 耐蚀焊丝焊接接头热影响区讨论

6．3 不同焊速下试验耐蚀焊丝与X70MS管线钢匹配性试验

6．3．1 常规力学及抗H2S腐蚀性能测试结果

6．3．2 不同耐蚀焊丝焊接接头金相组织

6．4 讨论

6．5 小结

第七章 X70MS耐蚀管线钢焊接材料工业化应用

7．1 实验材料与方法

7．2 实验结果及分析

7．2．1 化学成分

7．2．2 金相组织

7．2．3 硬度检测

7．2．4 拉伸性能

7．2．5 夏比冲击性能

7．2．6 导向弯曲性能

7．2．7 DWTT性能

7．2．8 HIC试验

7．2．9 SSCC试验

7．3 工业化试制产品与国内外同类产品对比

7．4 小结

第八章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文