管线钢在土壤环境中应力腐蚀破裂的研究

摘要

国外丰富的埋地管线运行经验表明，土壤侧的应力腐蚀破裂(StressCorrosion Cracking-SCC)是影响高压输气管线长期安全运行的主要危险之一。该土壤SCC有两类：高pH SCC和近中性pH SCC。对管线钢土壤SCC进行深入研究有助于保证上海500多公里的高压天然气输气管线长期安全运行，降低发生SCC的风险。本工作用慢应变速率试验(SSRT)方法在实验室研究X70、X60和SS400三种管线钢在高pH模拟溶液和上海周边近中性pH土壤溶液中的SCC特性。主要结论如下： 1．在高pH模拟土壤溶液中的试验结果表明： 在高pH土壤模拟溶液中X70、X60和SS400管线钢在-1500～-200mV(SCE)电位区间的SCC敏感性随电位的正移而减小，而且表现出管线钢强度越大，SCC敏感性也就越大。在30～65℃范围内，在阳极极化区的温度变化对X70高pH SCC敏感性影响不大，在阴极极化区，SCC敏感性随温度升高有所下降。破裂机理分析表明，当E>EH(析氢电位)时，应该是阳极溶解占主导；当E≤E<,H>时，应该是氢致破裂占主导，断口具有准解理特征。 X60和SS400焊材试样在30℃高pH溶液中的SCC敏感指数同母材一样随电位的正移而降低，其SCC敏感指数普遍比母材高。 2．在上海周边近中性pH土壤溶液中的试验结果表明： X60钢在30℃城镇土、青黄土和青紫土溶液中以及SS400钢在30℃黄泥土、黄夹沙和滨海盐土溶液中SCC敏感指数随电位的正移而下降，且发现SCC敏感性与电极电流大小有一定的对应关系，电流越大，SCC敏感性也越大。土壤对X60、SS400的近中性pH SCC敏感性有一定的影响，在阴极电位区，X60在城镇土溶液中的SCC敏感性最大，而在青黄土溶液中SCC敏感性最小；SS400钢在滨海盐土、黄夹沙溶液中的SCC敏感性明显大于在黄泥土溶液中的SCC敏感性。破裂机理分析表明，当E>E<,H>(析氢电位)时，应该是氢致破裂和溶解共同作用；当E≤E<,H>时，应该是氢致破裂占主导。 X60和SS400焊材试样在上海周边土壤溶液中的SCC敏感指数同母材一样随电位的正移而降低，其SCC敏感指数普遍比母材高，断裂时间显著比母材短。X60焊材的靠近熔合线的热影响区、SS400焊材的焊缝区是各焊接件中SCC敏感性最大的区域。 3．由于三种管线钢在各种模拟土壤环境中，在低电位区均表现出高的SCC敏感性，应充分注意阴极极化的不利作用，优化阴极保护参数，避免过保护。X60焊材的靠近熔合线的热影响区、SS400焊材的焊缝区是SCC敏感性最大的区域，故应更多关注管线钢的焊缝处，尽可能地消除应力集中。对试验中SCC敏感性较高的土壤类型区域的管线运行安全应更加注意。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号清单、图表目录

声明

第1章前言

第2章文献综述

2.1.管线钢的发展和应用情况

2.2.管线钢SCC特性

2.2.1高pH SCC特征

2.2.2近中性pH SCC特征

2.3.影响SCC的因素

2.3.1环境因素

2.3.2材料因素

2.3.3力学因素

2.4.管线钢SCC的机理研究

2.4.1高pH SCC机理

2.4.2近中性pH SCC机理

2.5.SCC实验室测试技术

2.5.1力学测试方法

2.5.2电化学测试方法

2.6.寿命预测和模型化方面的研究

2.6.1高pH SCC模型

2.6.2近中性pH SCC模型

第3章研究方案的制订和实施

3.1.研究用材料

3.2.力学测试条件的选取

3.3.试验环境条件的选择

3.4.SSRT程序

3.5.X70管线钢静态充氢后SSRT方法

第4章主要试验结果和讨论

4.1高pH SCC

4.1.1 X70在高pH模拟土壤溶液中SCC

4.1.2 X60母材和焊材试样在高pH模拟土壤溶液中SCC

4.1.3 SS400母材和焊材试样在高pH模拟土壤溶液中SCC

4.1.4分析与讨论

4.1.5小结

4.2 X70管线钢静态电化学充氢后的力学性能

4.2.1试验结果

4.2.2分析与讨论

4.2.3小结

4.3管线钢在实际土壤溶液中的SCC

4.3.1 X60母材和焊材在实际土壤溶液中SCC

4.3.2 SS400母材和焊材在实际土壤溶液中SCC

4.3.3分析与讨论

4.3.4小结

4.4试验研究结果的工程意义

第5章主要结论

参考文献

致 谢

附 录