典型管线钢应力腐蚀行为评定及控制方法研究

摘要

21世纪是我国油气输送管道建设的高峰期，远距离、大口径、高压力是管线建设的新趋势，输送过程中管道的安全性具有重要意义。应力腐蚀(SCC)是危及油气输送管线安全最重要的因素之一，因此，对管线钢SCC行为、评定方法以及有效控制途径的研究十分重要。然而，目前对高强度级别管线钢的SCC行为认识尚不够清楚，SCC行为评价规范尚不够统一，SCC的控制方法尚不能令人满意，为此，本文对比研究了X80、16Mn、X52等不同级别的典型管线钢在弱酸性腐蚀环境中的SCC行为，探讨了加载方式和取样方法对管线钢应力腐蚀行为的影响规律和机理，确定了选择管线钢SCC合理评价方法的原则，并探讨了喷丸强化、阴极极化和富锌涂层对不同强度级别管线钢SCC抗力的影响，拟为确定管线钢SCC有效控制途径提供依据。通过较为全面、系统的试验研究和理论分析，得出如下主要结论： 在中心打孔加速试样弯曲加载试验中，应力因素是控制SCC开裂的主导因素；打孔试样弯曲加载的SCC评价方法仅适用于成分、组织均匀的整体材料(如管线钢母材)，其中采用四点弯曲方法更具优势。 对于带焊缝试样，采用三点弯曲方法是不合适的，若选择四点弯表面不打孔试样，并且保证焊缝、热影响区和母材均能处在两内施力点之间的均匀受力区时，则可以有效地评价出焊接接头试件的SCC敏感性。 对于机械压平法制备试样，因为机械压平钢管时引入了表面残余应力，影响了试样的SCC敏感性，导致试验结果与管材自身固有的SCC行为存在差异，其差异程度与管径成反比。对于小口径管道，差异较大，不宜采用机械压平制样，应采用C环等其他试样为宜。 喷丸强化能有效改善管线钢焊接接头的抗SCC性能，若喷丸强化后再表面磨光，则可以进一步改善喷丸强化提高SCC抗力的效果。但是采用慢应变速率拉伸加载SCC试验方法评价其SCC敏感行为是不适合的，因为载荷超过材料的屈服强度会导致喷丸强化层残余压应力严重松弛。 在弱酸性NaCl溶液中，阴极保护能有效提高低强度级别钢(16Mn)SCC的抗力，因为阳极溶解在其SCC中占主导作用；但增大了高强度级别钢(X80)的SCC敏感性，因为氢致开裂机理在其SCC机制中占主导作用。富锌涂层具有隔离腐蚀介质和阴极保护的双重作用，与相同电位下的单一阴极保护相比，其SCC敏感性更低，但是在酸性腐蚀环境下仍然增大了X80的SCC敏感性。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2管线钢的发展

1.3结构钢应力腐蚀及影响因素

1.3.1管线钢应力腐蚀开裂现象

1.3.2结构钢的应力腐蚀特征

1.3.3结构钢的应力腐蚀影响因素

1.3.4结构钢的应力腐蚀机理研究现状

1.4应力腐蚀研究方法

1.4.1断裂力学研究方法

1.4.2电化学研究方法

1.4.3金属物理研究方法

1.4.4其他研究方法

1.5本文的主要研究工作

第二章 试验方法与试样制备

2.1试验方法与装置

2.1.1试验方法

2.1.2试验流程与试验装置

2.1.3应力腐蚀评价指标

2.2试验材料与试样制备

2.2.1试验材料

2.2.2试样制备

第三章 加载方式对典型管线钢应力腐蚀行为的影响

3.1弯曲加载方式下典型管线钢的应力腐蚀行为

3.1.1不同弯曲加载下平板试样的应力分布数值分析

3.1.2不同弯曲加载下典型管线钢的SCC行为

3.2静态拉伸加载下X80钢的SCC行为

3.3慢应变动态拉伸加载下X80钢的SCC行为

3.4讨论

3.4.1带焊缝试样弯曲加载的SCC敏感性分析

3.4.2动态拉伸加载对喷丸强化试样SCC行为的影响

3.5小结

第四章 取样方式对管线钢应力腐蚀行为的影响

4.1试样打孔对弯曲加载评价管线钢应力腐蚀行为的影响

4.1.1弯曲加载下打孔试样的应力分布数值分析

4.1.2 X80钢打孔试样弯曲加载下的应力腐蚀行为

4.2管子机械压平制样方法对管线钢应力腐蚀行为的影响

4.2.1小口径管道机械压平制样的应力腐蚀行为

4.2.2大口径管道机械压平制样的应力腐蚀行为

4.3讨论

4.3.1打孔制样对材料SCC行为的影响

4.3.2机械压平法制样对不同口径管道SCC行为的影响

4.4小结

第五章 管线钢应力腐蚀防护措施探讨

5.1喷丸强化对X80B焊接接头抗应力腐蚀行为的影响

5.1.1试验介绍

5.1.2试验结果与分析讨论

5.2富锌涂层与阴极极化对管线钢SCC行为的影响

5.2.1试验介绍

5.2.2阴极极化对X80B钢应力腐蚀行为的影响

5.2.3富锌涂层对管线钢应力腐蚀行为的影响

5.2.4富锌涂层与阴极保护的比较

5.3管线钢SCC防护措施展望

5.4小结

第六章 结论

参考文献

发表论文与参与科研情况说明

致谢