X65抗酸管线钢中非金属夹杂物和氢致开裂裂纹的分析及预测

采用金相和扫描电镜分析方法,对X65抗酸管线钢中的大尺寸非金属夹杂物及夹杂物诱发的氢致开裂(HIC)裂纹进行了研究,并采用极值统计方法对不同体积管线钢中大尺寸非金属夹杂物及其可能诱发的HIC裂纹尺寸进行了预测.结果 表明,X65管线钢中大尺寸非金属夹杂物随着预测体积的增加而增大,预测的最大夹杂物尺寸与实际观察结果相吻合...     

管线钢亚微米级夹杂物的控制及对抗HIC性能的影响

通过添加Ti和Ti-Mg改性剂,试制了不同夹杂物组态的X70酸性环境用管线钢。利用OM和SEM分析试验钢中夹杂物的形态、尺寸、分布与成分;根据均质形核临界形核半径讨论了钢中夹杂物的形核和长大;测试了试验钢的氢致开裂(HIC)敏感性,并讨论了夹杂物对HIC敏感性的影响。结果表明:加Ti和加Ti-Mg均可以有效的在钢中产生大量细小、弥散的氧化物核心,其中加Ti试验钢中夹杂物以Al-Ti氧化物为核心,主要为大量亚微米级夹杂物和少量大尺寸不规则氧化物;而Ti-Mg试验钢中夹杂物以Al-Mg-Ti氧化物为核心,析出MnS,不易长大,夹杂物具有细小、弥散分布的特征。两种试验钢抗HIC性能均达到欧标要求,且Ti-Mg试验钢中完全没有发现氢致裂纹,这对提升试验钢抗HIC性能的效果明显。     

X60和X100钢显微组织与HIC性能的关系

采用NACE标准对X60和X100两种管线钢进行氢致开裂(HIC)试验,并通过金相显微镜和扫描电镜观察显微组织及夹杂物对两种管线钢氢致开裂性能的影响。结果表明,与X60钢相比,X100钢对HIC更为敏感,其裂纹数量远多于X60钢。X60钢在珠光体/铁素体界面上形成细裂纹,在铁的碳化物和Al-O-Ti夹杂物处形成粗裂纹。X100钢在贝氏体组织上形成细裂纹,在贝氏体组织和夹杂物的共同作用下形成粗裂纹。由于X100钢晶粒尺寸小,由夹杂物作为氢陷阱形成的粗裂纹宽度远小于X60钢中的。除了铁的碳化物和钙化的Al-O-Ti夹杂物,X100钢裂纹中出现更加复杂的Mn-Ca-Mg-Si-O-S多元素复合夹杂,钼元素的富集物对裂纹的扩展影响不显著。     

显微组织对X100管线钢氢致开裂及氢捕获行为影响

依据NACE TM 0284-2011标准评估了不同显微组织X100管线钢的氢致开裂(HIC)敏感性,采用场发射扫描电镜、氢显等手段观察了钢中HIC裂纹的萌生和扩展以及H的聚集,借助于氢渗透动力学参数分析了X100管线钢不同显微组织试样的氢捕获效率与HIC敏感性的内在关联。结果表明,具有不同显微组织的X100管线钢HIC敏感性依次为:原始铁素体-贝氏体组织试样炉冷处理的块状铁素体组织试样风冷处理的针状铁素体组织试样;钢中组织对氢的捕获效率越高,钢材对HIC敏感性越大;H原子容易在夹杂物和基体之间的界面处聚集,钢中的MnS夹杂、Ca-Al-Si-O复合夹杂和MnO夹杂均为HIC裂纹萌生源。     

夹杂物对冷轧热成形钢氢致延迟开裂的影响

采用恒载荷试验和慢速率拉伸(SSRT)试验研究了1500 MPa级冷轧热成形钢氢致延迟开裂(HIDC)行为。使用金相显微镜和夹杂物分析仪观察和分析了钢的微观组织和夹杂物。结果显示,钢的延迟断裂临界应力值为772.5MPa,氢脆敏感性指数为77%。淬火前钢的组织为铁素体和珠光体,淬火后为板条马氏体,钢中夹杂物以具有尖锐棱角的TiN+Al_2O_3以及MnS为主。充氢条件下钢的断口表现出沿晶开裂特征,TiN和Al_2O_3夹杂物是氢致延迟开裂的裂纹源。     

夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响

通过金相分析、电化学极化腐蚀充氢法和氢致开裂试验,研究了夹杂物和带状组织对不同化学成分的管线钢氢致开裂性能的影响,并对夹杂物和带状组织对管线钢氢致开裂的影响因素进行了分析。结果表明:非金属夹杂物是氢致裂纹萌生的裂纹源,其中较大尺寸的Si、Al、Ca及其复合型氧化物夹杂物易于诱发裂纹形成,对管线钢抗氢致开裂的敏感性有很大影响。C、Mn和Si等元素偏析形成带状组织,易造成带状组织硬度过高,也是氢致裂纹萌生和扩展的聚集场所,对管线钢抗氢致开裂恶化有很大影响。     

国产X70管线钢及其焊缝的氢致裂纹

依据氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking,HIC)试验标准,针对国产X70管线钢及其焊缝进行了HIC性能的研究,同时分析讨论了夹杂物对HIC性能的影响。研究结果证明,焊缝抗HIC能力不因焊接过程中焊接接头发生的一系列变化而比母材低;随着非金属夹杂物含量的增加,国产管线钢HIC敏感性增加。此外,夹杂物的形态和分布同样影响着管线钢的抗HIC性能。     

钢中非金属夹杂物及对性能的影响

简要介绍了钢中非金属夹杂物的分类及形态,分析了非金属夹杂物与裂纹的形成之间的关系。结合电机弹性轴断裂、供暖水管泄露和液化石油气罐鼓包开裂等失效实例分析了非金属夹杂物对钢的塑韧性、疲劳性能、耐腐蚀性能和氢致延迟断裂等的影响。     

夹杂物对X120管线钢氢致开裂的影响

研究了X120管线实验钢的抗H_2S氢致裂纹敏感性。用多功能金相显微镜对X120管线实验钢非金属夹杂物进行颗粒度分析,用场发射扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)观察和分析裂纹形貌和裂纹内夹杂物。结果表明:X120管线实验钢氢致开裂一般都从非金属夹杂物处萌生扩展,并互相交叉连接;实验钢中B类夹杂物较D类夹杂物易于形成长条型裂纹,且B类夹杂物级别越高,其HIC敏感性越大;X120管线钢中S、Al含量越高,其夹杂物级别越高,非金属夹杂物数量越多,氢致开裂敏感性也越大。     

管线钢氢致裂纹影响因素研究进展

许多石油和天然气中都含有H2S,因此油气输送用管线钢应具备抗氢致裂纹(HIC)的性能。综述了化学成分、夹杂物及微观组织对管线钢氢致裂纹影响的最新研究进展。控制管线钢中C≤0.06%,Mn≤1.4%,同时使杂质元素P≤0.015%、S≤0.002%、O≤10μg/g、H≤2.0μg/g,并控制Ca为10~35μg/g,从而减少长条状MnS夹杂、链状氧化铝B类夹杂及Mn、P偏析区,有助于提高管线钢HIC抗力。小尺寸及形态圆润无尖角夹杂周围不易形成HIC。管线钢采用针状铁素体组织,同时减少带状组织及MA岛数量及尺寸,可以在保证优异的强韧性同时,满足抗HIC性能要求。     

Effects of alloying elements,microstructure, and inclusions on hydrogen induced cracking of X120 pipeline steel in wet H2S sour environment

Hydrogen induced cracking (HIC) behavior of X120 pipeline steel with different amounts of Mn and Al was investigated using NACE standard TM0284‐2005 and back‐scattered electron imaging (BSE). The results demonstrated that inclusions and microstructure play significant roles in HIC susceptibility in X120 steels. The more the area and volume fraction of inclusions in the steel, the more the steel is susceptible to HIC. Three types of inclusions exist in the tested X120 steel and they play different roles in cracking. The critical size resulting in HIC cracks for pure MnS inclusions or mixed inclusions (inclusion clusters mainly composed of two or three different phases and compounds) of Mn/Al ratio >1 is smaller than that of pure Al₂O₃ inclusions or mixed inclusions of Mn/Al ratio <1. No HIC crack was observed at inclusions enriched in Si. The microstructure containing lath bainite and martensite/austenite (M/A) microconstituents is more susceptible to HIC than that with granular bainite and ferrite.     

硫质量分数对船体钢诱发点蚀行为的影响研究

采用腐蚀浸泡的方法研究了酸性氯离子环境下S质量分数对低合金船板钢耐蚀性的影响,探讨了非金属夹杂物诱发点蚀形核的机理。结果表明,杂质元素S对钢的耐蚀性具有不利影响。随着S质量分数的增加,钢的耐点蚀性能恶化。S元素损害耐蚀性主要与钢中的非金属夹杂物有关。不同种类夹杂物诱发点蚀的机理有显著差异。单一MnS夹杂物与基体间存在缝隙,其诱导点蚀形核包括缝隙腐蚀和夹杂物溶解两个过程,MnS夹杂物是最敏感的点蚀诱发源;MXS-Al2O3复合夹杂物同样能诱发低合金钢的点蚀形核,包裹在Al2O3外层的硫化物优先发生溶解,成为腐蚀介质的通道,从而引发局部腐蚀。MnS-Al2O3夹杂物的点蚀形核能力大于CaS-Al2O3夹杂物,CaS遇到水容易发生水解并在夹杂物周边形成OH-,阻碍了坑内部的酸化,有利于抑制钢的耐局部腐蚀性能。     

X100管线钢焊接接头抗HIC性能研究

利用OM和SEM研究了X100管线钢焊接接头的微观组织,并利用EDS分析接头中的非金属夹杂物种类及成分。结果表明,实验用X100管线钢焊接接头由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成;焊缝金属中含有MnS,Si的氧化物和Al的氧化物及Al-Mg-O和Ca-Al-O-S系夹杂物。焊接接头氢致开裂敏感性较高,焊缝金属中的非金属夹杂物及硬脆M/A组元与基体之间的界面和应力导致氢致裂纹的萌生,并沿粗大的贝氏体晶粒扩展。     

Effect of Mn and MnS on corrosion properties of domestic pipeline steels and welds

Base metals of domestic pipeline steels were used to study the effect of Mn on corrosion properties of SSCC( Sulfide Stress Corrosion Cracking), and welds were carried out to study the effect of MnS on corrosion properties of HIC ( Hydrogen Induced Cracking) both in solutions with wet hydrogen sulfide ( H2 S ). They were respectively conducted by referring to the standards of SSCC and HIC. Testing results revealed that with the increase of content Mn, the resistance of SSCC will be decreased, from the point of metallurgic view, and it is Mn element not C element to lead to the testing results of SSCC. Meanwhile, even under the condition without inclusions MnS, HIC in welds still occurred. That is to say, MnS is not necessary for HIC, the presence of local banded structures in which Mn and P are inclined to aggregate cause to the phenomena of HIC.     

镁合金对16MnR钢液的脱氧作用

用镁合金脱氧剂在内衬为MgO质坩锅的真空感应炉中对16MnR钢液的脱氧行为进行研究;选取FeAl、AlMg、SiCa和SiCaMg合金,对比考察脱氧后钢水的总氧和硫含量以及脱氧后夹杂物的变化。研究结果表明:镁合金在对钢水脱氧的同时具有较强的脱硫能力;残余在钢中的镁含量为0.000 7%～0.005 0%时,微量镁对钢材的强度没有明显的影响,但钢材塑性明显提高;钢水脱氧后夹杂物大多转化为复合夹杂物,其中Al2O3夹杂物主要转变为MgO.Al2O3等,FeS和MnS等硫化物夹杂转变成MnS、CaS和MgS等复合硫化物夹杂。     

加热温度对高硫车轮钢夹杂物化学冶金的影响

研究了高温加热对高硫车轮钢中MnS+Al2O3复合夹杂物结构与形态的影响。通过采用扫描电子显微(SEM)技术对高硫车轮钢中夹杂物的类型及尺寸进行了分析统计。结果表明：加热温度为1 300 ℃时,MnS回溶对MnS+Al2O3复合相的包裹效果没有产生显著地破坏作用。而当加热温度升至1 350 ℃后,由于大量的硫化物回溶,使不少氧化物夹杂物直接暴露于钢基体,破坏高硫钢中MnS＋Al2O3复合相的包裹效果。在含硫车轮钢的热加工过程中,应该尽量降低处理温度（低于1 300 ℃）来降低MnS回溶对全包裹Al2O3复合夹杂物的破坏作用。     

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对真空自耗重熔(VAR)和电渣重熔(ESR)生产的超高强度钢洁净度进行对比研究。利用化学分析、相分析、定量金相和扫描等方法,获得了钢中非金属夹杂元素含量,以及夹杂物的类型、数量和形状特征参数。结果表明,真空自耗重熔钢中的硫、磷、氧和氮含量均低于电渣重熔钢。电渣重熔钢中硫化物呈条状,尺寸较大,夹杂物平均自由程较小。真空自耗重熔钢中,硫化物呈细小球状,夹杂物平均自由程较大。从钢中非金属夹杂元素和夹杂物情况可以看出,真空自耗重熔钢的洁净度水平高于电渣重熔钢。     

Role of Ca treatment in hydrogen induced cracking of hot rolled API pipeline steel in acid sour media

The effect of Ca treatment on hydrogen-induced cracking (HIC) resistance of hot rolled pipeline steel was evaluated. HIC testing was carried out in acidic condition according to NACE standard; results clearly prove that HIC resistance is very sensitive to Ca/S ratio. When Ca/S ratio is below the stoichiometric ratio, HIC occurred at mid-thickness of the steel regardless of the S content. This is closely related to the formation of spherical CaS inclusion with Ca treatment instead of MnS inclusion, which acts on crack initiation sites.     

Q345R钢板分层缺陷原因分析

对Q345R钢板分层缺陷原因进行了研究。结果表明：分层缺陷钢板的夹杂物超标,且在钢板厚度方向存在明显的偏析线。分层处有明显的点列状孔洞分布,这是引起裂纹扩展的主要原因。钢板的基体组织为珠光体+铁素体,分层处组织为马氏体+少量贝氏体+少量铁素体。裂纹起源处的夹杂物为MnS和Al2O3且以MnS为主,沿着带状组织和夹层分布。分层处的断口形貌为解理断裂,呈片层状或羽毛状,断口有明显的分层现象。分层处的贝氏体、马氏体组织使材料脆性增加,在与MnS夹杂物的共同作用下,形成应力集中而产生裂纹。