高钢级管线钢外部应力腐蚀开裂风险因素研究

目前涉及到3个及以上风险因素的管线钢应力腐蚀研究还较少。为此,通过混合水平的正交试验法,采用慢拉伸试验研究了钢级、保护电位、温度、土壤环境等各敏感因素对高钢级管线钢应力腐蚀开裂行为的影响权重,并采用扫描电镜(SEM)观察了-1 500 m V(vs CSE)保护电位下高钢级管线钢在近中性和高pH值模拟土壤溶液中的应力腐蚀行为。研究结果表明:管线钢外部应力腐蚀开裂风险在设置的试验水平因素中,保护电位对应力腐蚀指数ISSRT影响的权重最大,随后依次是温度、钢级及土壤环境;保护电位-1 500 m V下,X70、X80管线钢在近中性和高p H值模拟土壤溶液中均具有较强的应力腐蚀敏感性,其SCC机制均为氢脆(HE)机制。     

X80管线钢在近中性环境中阴极保护下的应力腐蚀敏感性

目前,对管线钢在外加电位下的应力腐蚀开裂的研究尚不全面.应用慢应变速率拉伸、扫描电镜(SEM)观察和动电位极化测试方法,研究了在近中性模拟土壤溶液(NS4)中,不同阴极保护电位下X80管线钢的应力腐蚀开裂(SCC)行为.结果表明:X80管线钢的SCC行为与阴极保护电位密切相关;在-850,-1000,-1 200 mV(相对饱和硫酸铜电极)3个保护电位下,阴极过程析氢反应起主要作用,随着阴极保护电位的负移,X80管线钢的脆性逐渐增大;在-1 200 mV条件下SCC敏感性系数最高,形变硬化指数最低,SCC现象最为严重.     

SRB+IOB对X100管线钢在常熟土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂行为的影响

为了更好地研究管线钢在特定土壤模拟溶液中的应力腐蚀机理,证实MIC和SCC的协同性与相关性,采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验研究了 SRB+IOB对X100管线钢在常熟土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂行为的影响.结果表明:X100管线钢母材和焊缝试样在无菌和有菌(SRB+IOB)环境下的宏观断口均为斜断口,断裂面与拉伸轴方向大致呈45°,无菌环境下的断口颈缩程度均明显小于有菌(SRB+IOB)环境.母材和焊缝断口在无菌环境下均为韧性+脆性混合型断口,呈现准解理形貌,具有较高的SCC敏感性;在有菌(SRB+IOB)环境下均为韧性断口,呈现韧窝形貌,具有较低的SCC敏感性,且低于无菌环境.无菌环境下断口侧面的SCC裂纹明显多于有菌(SRB+IOB)环境.SRB+IOB的存在抑制了 X100管线钢的脆变,导致X100管线钢的SCC敏感性降低,其影响作用主要集中在材料的塑性.     

外加电位条件下X100/X80管线钢的应力腐蚀行为研究

以X100、X80管线钢为研究对象，通过在外加电位条件下的慢应变拉伸速率试验(SSRT),获取管线钢材料在空气中和不同外加电位下的慢拉伸应力腐蚀的应力-应变曲线，分析其应力腐蚀敏感性可知：外加电位对X100和X80管线钢在3.5%NaCl中性溶液中的SCC敏感性和腐蚀开裂机理有显著影响。相同应力腐蚀条件下，X100管线钢的SCC敏感性相对于X80管线钢更低。结合断口微观形貌和极化曲线快、慢扫测试分析X100/X80耐腐蚀性能的特征和差异，可以得出X100和X80管线钢材料在不同外加电位条件下的应力腐蚀机理类型：当外加电位高于-395 mV时，金属处于活化溶解状态；当外加电位置于-395～-462 mV(X80钢)或-395～-504 mV(X100钢)时，机理为膜破裂-阳极溶解(AD)和氢致开裂(HIC)型；如果外加电位进一步降低，机理表现为氢致开裂型。     

X100管线钢在含SRB的盐碱土壤溶液中的SCC行为

为证实SRB对X100管线钢在土壤中应力腐蚀行为的影响,采用慢应变速率拉神(SSRT)实验和SEM研究了X100管线钢在含有SRB的海滨模拟盐碱土壤溶液的应力腐蚀开裂行为.结果表明:X100钢母材和焊缝在无菌的海滨模拟盐碱土壤溶液的断裂模式为穿晶+沿晶SCC混合断裂,而在有菌的海滨模拟盐碱土壤溶液的断裂模式为穿晶SCC断裂;且X100钢母材和焊缝在无菌的海滨模拟盐碱土壤溶液中的SCC敏感性高于有菌时的,说明SRB的存在抑制了X100钢的脆变,导致X100钢的SCC敏感性降低.     

富锌涂层、阴极极化对管线钢应力腐蚀开裂敏感性的影响

为加强对油气管线钢腐蚀失效机理的认识,采用动态慢应变速率拉伸试验(SSRT),研究了弱酸性环境中富锌涂层与阴极保护对16Mn和X80 2种不同强度级别管线钢应力腐蚀开裂(SCC)敏感性的影响,探讨了2种管线钢的SCC机理.结果表明:在5%NaCl 0.5%CH3 COOH 酸性溶液中,16Mn钢的SCC机理以阳极溶解为主,富锌涂层和阴极保护均能有效提高16Mn钢的SCC抗力,前者效果优于后者;X80钢的SCC机理以氢脆为主,富锌涂层和阴极极化均促进其SCC过程,但富锌涂层提高X80钢SCC敏感性的程度低于与涂层自腐蚀电位相近的阴极极化作用.     

国产管线钢的环境开裂性能研究

采用电化学测试和慢应变速率实验(SSRT)研究了国产X70管线钢在近中性pH和高pH溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为.结果表明,X70钢在高pH溶液和近中性pH溶液中的阳极极化曲线表现出明显的差异:在高pH溶液中有明显的活化-钝化转变而在近中性pH溶液中则无;在近中性pH溶液中,X70管线钢的开裂模式是穿晶型的,具有准解理特征,并且随着外加阴极电位的降低,SCC敏感性增加,氢致破裂占主导;随温度的下降以及溶液中CO2含量的增加,溶液pH值降低,SCC敏感性增加.在高pH溶液中,在阴极极化时,X70钢表现出与在近中性pH溶液中类似的破裂行为和特征,即SCC敏感性随电位降低而增大,裂纹数目少而大,裂纹易扩展;但在阳极极化时,裂纹数目多而小,易萌生但难扩展.在2种溶液中阳极极化时,均存在SCC敏感电位区.     

国产管线钢的环境开裂性能研究

采用电化学测试和慢应变速率实验(SSRT)研究了国产X70管线钢在近中性pH和高pH溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为.结果表明,X70钢在高pH溶液和近中性pH溶液中的阳极极化曲线表现出明显的差异:在高pH溶液中有明显的活化-钝化转变而在近中性pH溶液中则无;在近中性pH溶液中,X70管线钢的开裂模式是穿晶型的,具有准解理特征,并且随着外加阴极电位的降低,SCC敏感性增加,氢致破裂占主导;随温度的下降以及溶液中CO2含量的增加,溶液pH值降低,SCC敏感性增加.在高pH溶液中,在阴极极化时,X70钢表现出与在近中性pH溶液中类似的破裂行为和特征,即SCC敏感性随电位降低而增大,裂纹数目少而大,裂纹易扩展;但在阳极极化时,裂纹数目多而小,易萌生但难扩展.在2种溶液中阳极极化时,均存在SCC敏感电位区.     

0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了X80管线钢及其焊缝在近中性的NS4溶液中的应力腐蚀行为与敏感性。结果表明:X80管线钢及其焊缝主要是塑性损失,且焊缝塑性损失大于母材;X80管线钢及其焊缝在空气中属于典型的韧性断裂特征,在NS4溶液中属于穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC),在NS4溶液中母材和焊缝断口中间区域比断口边缘区域表现出更明显的脆性断裂特征。电位在大于-749.86mV时,SCC机制为阳极溶解机制,在-749.86~-839.19mV之间时为阳极溶解和氢脆混合机制,小于-839.19mV时为氢脆机制。     

电镀废水处理中的活性炭有哪几点要注意的?

正库尔勒土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂敏感性的影响[J].中国腐蚀与防护学报,2009,29(5):353-359.[9]赵新伟,张广利,张良,等.外加电位对X80管线钢近中性p H土壤应力腐蚀开裂行为的影响[J].油气储运,2014,33(11):1 152-1 158.[10]刘智勇,王长朋,杜翠薇,等.外加电位对X80管线钢在鹰潭土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响[J].金属学报,2011,47(11):1 434-1 439.[11]王丹,谢飞,吴明,等.阴极电位对X80管线钢在碱性土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响[J].中南大学学报(自然科学版),2014,45(9):2 985-2 992.     

X80管线钢在含硫酸盐还原菌的土壤环境中的应力腐蚀开裂行为研究进展

X80管线钢因具有高强度、高韧性、抗脆断等性能,已成为现代油气运输中应用最为广泛的钢材之一。X80管线钢在埋地土壤环境中不可避免地受到应力和SRB(Sulfate-reducing bacteria)的共同作用,近年来有关X80管线钢在含SRB的土壤环境中的应力腐蚀开裂已成为一个研究重点。综述了应力腐蚀开裂和SRB腐蚀的影响因素,总结了关于应力和SRB协同作用对X80管线钢腐蚀行为影响的研究现状,分析了现行研究的缺陷和不足,并针对这些问题对今后的研究进行了展望。     

X65管线钢焊接接头在模拟浅表海水环境中的应力腐蚀试验研究

在海水环境中,由于海水从海底管道外管焊缝浸入,导致外管焊接接头断裂。为了研究可能导致X65外管焊接接头断裂的因素,应用慢应变速率拉伸试验(SSRT),通过应力-应变曲线、扫描电镜(SEM)等手段分析了3个X65管线钢焊接接头在空气及模拟浅表海水环境中的应力腐蚀性能。结果表明:在空气中X65钢焊接接头试样的延长量最大,达5.6 mm,在模拟海水中试样的延长量均减小,其中2号试样延长量最小,仅3.6 mm,表明试样在浅表海水中塑性变形能力降低;模拟海水中3个试样的应力腐蚀敏感性指数均处于有应力腐蚀倾向的范围;在空气中试样的断裂为韧性断裂;在浅表海水环境中试样的断裂为韧性断裂与脆性断裂的混合断裂,有应力腐蚀开裂的趋势;海水中含有的大量Cl~-导致焊接接头的应力腐蚀敏感性升高,失效风险增加。     

0Cr18Ni5和AF1410高强度钢的腐蚀行为研究

采用失重法和XRD法研究了0Cr18Ni5钢和AF1410钢在中性盐雾环境中的耐蚀性能.结果发现0Cr18Ni5钢由于高含量的Cr元素而只发生了轻微的点蚀,而AF1410钢则发生了严重的全面腐蚀,腐蚀产物主要由FeOOH和Fe3O4组成.采用恒载荷应力腐蚀拉伸和剩余力学性能测试法,并结合SEM断口形貌分析,研究了两种高强钢在3.5% NaCl(质量分数)水溶液中应力腐蚀行为.结果表明,0Cr18Ni5钢和AF1410钢在该环境中都表现出应力腐蚀敏感性.最后,结合实验结果提出了一种简易快速评价材料抗应力腐蚀性能的方法.     

海滨盐碱土壤中硫酸盐还原菌对X100管线钢腐蚀行为的影响

为了进一步明确X100管线钢在含硫酸盐还原菌(SRB)海滨盐碱土壤中的耐蚀性,采用表面分析技术、电化学技术和失重法,研究了SRB对X100管线钢腐蚀过程与行为的影响。结果表明:X100管线钢在有无SRB海滨盐碱土壤中的腐蚀均属于中度腐蚀,无SRB时腐蚀产物主要为Fe_2O_3,Fe_3O_4和γ-Fe O(OH),有SRB时腐蚀产物主要为Fe_2O_3,Fe_3O_4,α-Fe O(OH)和Fe7S8;SRB代谢形成的活性生物膜影响了X100管线钢的腐蚀行为,随着腐蚀时间的增加,SRB可在X100管线钢表面形成由微生物膜与腐蚀产物结合的膜,其更加致密,对腐蚀传质具有物理阻碍作用,可以减缓X100管线钢的腐蚀;无SRB菌时X100管线钢表面的腐蚀产物疏松多孔并分布有裂纹,且对基体的保护作用差,其腐蚀速率大于有SRB时的值;SRB的代谢活动抑制了X100管线钢的腐蚀。     

SCC of X70 and Its Deteriorated Microstructure in Simulated Acid Soil Environment

In order to study the stress corrosion cracking (SCC) of X70 pipeline steel and its weld joint in acid soil environment of southeast of China, two simulating methods were used here. The one was to obtain the bad microstructures in heat affected zone by annealing at 1300°C for 10 min and air cooling to room temperature, the other was to get a series of simulating solutions of the acid soil environment. SCC susceptibilities of X70 pipeline steels before and after being normalized in the simulated solutions we...     

SCC of XT0 and Its Deteriorated Microstructure in Simulated Acid Soil Environment

In order to study the stress corrosion cracking (SCC) of X70 pipeline steel and its weld joint in acid soil environment of southeast of China, two simulating methods were used here. The one was to obtain the bad microstructures in heat affected zone by annealing at 1300℃ for 10 min and air cooling to room temperature,the other was to get a series of simulating solutions of the acid soil environment. SCC susceptibilities of X70pipeline steels'before and after being normalized in the simulated solutions were studied by slow strain rate test (SSRT) and microstructural observation of fracture areas. Potentiodynamic polarization curves were used to study the electrochemical behaviour of different microstructures. SCC does occur to both the as-received material and normalized microstructure after heat treatment as the polarization potential decreased. Hydrogen embrittlement (HE) is indicated occurring to all tested materials at -850 mV (vs SCE) and -1200 mV(vs SCE). The SCC mechanisms are different within varying potential range. Anodic dissolution is the key cause as polarization potential higher than null current potential, and HE will play a more important role as polarization potential lower than the null current potential.     

高Cl~-环境对M152和17-4PH高强钢应力腐蚀开裂行为的影响

利用中性盐雾实验、慢应变速率拉伸实验研究M152和17-4PH高强钢在高Cl~-环境中的应力腐蚀行为和机理。结果表明:M152和17-4PH钢在高Cl~-环境中均有一定的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性,且随着前期中性盐雾时间的延长,其伸长率逐渐降低,SCC敏感性逐渐升高;通过扫描电子显微镜对试样的断口和侧边裂纹进行观察比较发现,中性盐雾时间的延长会使M152和17-4PH高强钢的断裂机制由韧性断裂向脆性断裂转变。分析得出M152和17-4PH钢在高Cl~-环境中发生SCC是阳极溶解(AD)和氢脆(HE)的协同作用,Cl~-会加速AD过程。经过不同时间中性盐雾后17-4PH钢的SCC敏感性均比M152钢要高,HE作用也越明显。高Cl~-环境中,17-4PH高强钢相对M152钢更易发生SCC。     

An evaluation of the resistance of pipeline steels to initiation and early growth of stress corrosion cracks

Safety and reliability are basic requirements on the operation of systems of high-pressure pipelines. One of the dangerous mechanisms endangering the safe operation is stress corrosion cracking (SCC). In this work, SCC initiation in two types of pipeline steels––a carbon pipeline steel and an X60 high-strength thermo-mechanically treated steel––in carbonate solution was studied. An influence of surface microstructure, different stress/strain conditions and temperature was evaluated. The X60 steel was more sensitive to the SCC process in comparison with the carbon steel. Surface local microscopical inhomogeneities were the predominant initiation sites of microcracks.     

X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的电化学腐蚀行为

X80管线钢在油气输送中广泛使用,而对其在土壤溶液的腐蚀情况研究尚不够系统、深入.为此,采用电化学测试、扫描电镜观察、表面能谱分析及X射线衍射等方法,研究了原始态与退火处理态的X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的电化学腐蚀行为与机理,分析了热处理和腐蚀时间等因素对X80钢极化曲线的影响.结果表明,退火态X80钢的耐蚀性低于原始态,这主要与X80钢的组织因热处理而发生改变有关;随浸泡时间的延长,两种状态X80钢总的腐蚀倾向均增加,但原始态时的腐蚀速率呈增大-减小-增大趋势,退火态时的腐蚀速率则呈增大趋势;腐蚀产物主要由FeOOH(表层)和Fe3O4(内层)组成,而腐蚀产物膜的完整性和致密性影响了X80钢表面的腐蚀行为与过程,使管线钢表面的局部腐蚀破坏程度增加.研究还发现Clˉ对X80钢的腐蚀起主导作用.