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。     

X100钢级螺旋缝埋弧焊管抗H_2S腐蚀性能研究

对X100钢级螺旋缝埋弧焊管进行了氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)试验研究,结果表明:X100钢级螺旋缝埋弧焊管焊接接头比管体的抗H2S腐蚀性能差。分析认为:带状组织和硬度高是导致管体和焊接接头氢致裂纹超标的主要原因,氢致裂纹主要是穿晶型和沿晶型开裂;而焊缝中存在夹杂物,以及焊缝中晶内针状铁素体组织和热影响区中粒状贝氏体组织引起的硬度波动和偏高,是导致焊缝处发生应力腐蚀断裂的主要原因。电化学试验和残余应力测试,也进一步证实了X100钢级螺旋缝埋弧焊管焊接接头比管体更易于腐蚀。     

管线钢在硫化氢水溶液中的台阶状氢致开裂分析

对管线钢室温分别在H2S NACE溶液和H2S 人工海水溶液中的氢致开裂进行了研究。管线钢在NACE试验介质中发生了氢致开裂(HIC)，沿夹杂物／基体界面及轧制方向的(珠光体 铁素体)带状组织导致了台阶状裂纹；而其在人工海水中则对HIC不敏感。为了提高管线钢的抗氢致开裂性能，应控制带状组织形态和级别。     

X80管线钢氢致开裂研究

通过电化学充氢法研究了X80管线钢氢致裂纹(HIC)的种类及开裂特征,探讨了氢致开裂规律,对X80管线钢的氢致开裂影响因素进行了分析.结果表明:随充氢时间的延长和电流密度的增大,氢鼓泡的密度逐渐增大,体积先增大后趋于稳定;形成的氢致裂纹主要呈阶梯状,由直线型裂纹和“S型裂纹”组成,多以穿晶方式扩展,裂纹尖端沿着晶界萌生;X80管线钢中的带状组织是氢致裂纹萌生和扩展的聚集场所;非金属夹杂物是氢致裂纹萌生的裂纹源,其中较大尺寸的A1和Si的氧化物易于诱发“S型裂纹”形成,对管线钢抗氢致开裂的敏感性有很大影响.     

正火态抗酸管线钢的氢致开裂

为了研究正火态BNS抗酸管线钢的氢致开裂行为,对该钢进行了硫化氢腐蚀试验,检验了其氢致裂纹(HIC)敏感性。通过光镜(OM)、扫面电镜(SEM)并结合电子探针分析(EPMA)、显微硬度等方法,从显微组织、裂纹形貌、中心偏析、硬度等方面分析了BNS管线钢的氢致开裂行为。结果表明:正火态BNS管线钢中C、Mn元素中心偏析导致了高硬度的珠光体带状组织,这种带状组织是厚度心部大尺寸一字型氢致裂纹的主要裂纹源和扩展通道,裂纹进行穿晶型扩展;微小的氢致裂纹起源于钙铝酸盐类夹杂物处,当夹杂物周围不存在合适的裂纹扩展通道时,微小裂纹不会扩展形成大尺寸裂纹。     

不同热处理对V150钻杆材料组织及性能的影响

采用材料组织分析法以及力学性能测试对不同热处理后V150钻杆材料的组织与性能进行研究。结果表明,热处理可提高V150钻杆材料的抗氢致开裂(HIC)性能;经900℃×90 min+水淬+735℃×120 min+空冷热处理的试样比经过其他热处理及不进行热处理的试样具有更加优异的综合性能。随氢致开裂试验时间延长,V150钻杆材料的抗HIC性能减弱,主要腐蚀产物为Fe和Mn的硫化物。带状组织及夹杂是导致材料发生氢致开裂的主要原因,Cu,Ni等元素可以提高材料的抗HIC性能。     

影响管线钢管抗氢致开裂性能的因素

采用NACE TM 0284—2003氢致开裂标准中的试验方法以及金相显微镜和扫描电镜,研究了显微组织、合金元素、硫含量、非金属夹杂物、轧制延伸率对管线钢管抗氢致开裂性能的影响。结果表明,非金属夹杂物是导致钢管氢致开裂的主要因素;具有铁素体+回火贝氏体组织的管线钢管抗氢致开裂性能优于具有铁素体+珠光体组织的钢管;增大轧制延伸率有利于提高钢管的抗氢致开裂性能;管线钢中的Ca/S比值为1.5~2.0时,钢管的抗氢致开裂性能较好;管线钢中添加铜和镍对调质态钢管的抗氢致开裂性能影响较小。     

抗HIC压力容器用Q345R(R-HIC)钢焊接接头组织与性能研究

研发了抗HIC(Hydrogen Induced Cracking,氢致开裂)压力容器用Q345R(R-HIC)钢,并研究其焊接接头区域的显微组织及性能。结果表明,焊缝区、熔合区和热影响区显微组织主要由铁素体、贝氏体和珠光体组成。各区域热力学过程不同,焊接后显微组织存在明显差异:焊缝区显微组织主要由先共析铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体组成;熔合区显微组织中贝氏体逐渐增多,铁素体逐渐减少;热影响区中的粗晶区显微组织几乎全部由贝氏体组成,细晶区和不完全重结晶区显微组织为等轴铁素体和珠光体组织。焊接接头具有良好的力学和抗氢致开裂性能。焊接接头微区硬度和冲击性能与显微组织关系密切:热影响区存在贝氏体组织导致其平均硬度最高、冲击功最低;针状铁素体具有良好的抗裂纹扩展能力,使得焊缝区具有良好的冲击韧性,冲击功最高。各区域差异的显微组织未对抗氢致开裂性能造成影响。     

X100高强管线钢CRC全自动焊接工艺技术研究

在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性(CTOD)和抗氢致开裂(HIC)等性能进行试验分析。结果表明,X100高强度管线用钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接。     

深海油气输送用X70厚壁直缝埋弧焊钢管的耐蚀性

开发试制了深海油气输送用X70厚壁直缝埋弧焊(LSAW)钢管(1 016mm,壁厚36.5mm),对管线钢的化学成分、组织和力学性能进行了分析,并通过氢致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀(SSC)、腐蚀浸泡等试验研究了钢管管体及焊接接头的耐腐蚀性能。结果表明:该试验钢管的管体及焊接接头具有良好的抗氢致开裂和抗硫化物应力腐蚀开裂性能,腐蚀速率小于0.09mm/a,可用于具有腐蚀性的海洋环境中。     

偏析对X65管线钢抗氢致裂纹性能的影响

通过LIBS-OPA-100原位分析仪、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法,从显微组织、硬度、偏析元素3方面研究了X65管线钢中心偏析带马奥岛(M/A)组元对氢致裂纹性能的影响,偏析与硬度以及偏析与氢致裂纹(HIC)之间的关系。结果表明:X65管线钢中C、Mn、S、Si元素在中心偏析后形成硬度较高的带状组织是导致抗HIC性能不合格的主要原因;显著的中心偏析马奥岛、铁素体带状组织和大尺寸的相颗粒析出不利于抗HIC性能;带状的马奥岛组织是氢原子的聚集场所,是导致氢致裂纹萌生与扩展的源头。     

显微组织对X65～X70管线钢抗H2S性能的影响

通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等方法,研究了X65～X70级别管线钢在饱和H2S溶液中的氢致开裂行为,及不同显微组织、位错与析出对氢致开裂（HIC）的作用.结果表明：组织均匀的珠光体/铁素体型X65管线钢和铁素体/针状铁素体型X70管线钢均具有良好的抗H2S腐蚀性能;带状组织是裂纹萌生和扩展的主要途径;合金元素的弥散析出作用可以提高管线钢的抗硫化氢腐蚀性能.     

管线钢氢致开裂研究现状

综述了管线钢发生氢致开裂的影响因素及机理的研究现状。分析了材料因素、应力因素和环境因素对氢致开裂的影响,认为材料性质是影响氢致开裂的主要因素。提出了氢致开裂研究中存在的问题,并指明未来氢致开裂的研究方向。     

焊接氢致裂纹的模拟与预测

焊接氢致裂纹是金属氢损伤在焊接中的一种表征。它的产生与焊接接头中的组织、应力和局部氢浓度密切相关 ,迄今尚没有可行的技术 ,测定焊接氢致裂纹开裂时启裂处的局部氢浓度 ,即无法确定焊接氢致裂纹开裂的临界氢浓度 ,因而无法进行焊接氢致裂纹的模拟预测。通过用数值模拟技术与可以定量评定焊接氢致裂纹的插销试验法相结合 ,确定了氢致裂纹启裂时的临界局部氢浓度 ,建立焊接氢致裂纹的定量判据 ,实现了焊接氢致裂纹的模拟预测。试验验证结果证明该项技术是可行的。     

超高强钢延迟裂纹的研究

采用四点弯曲试验及表面裂纹法试验分别研究了37SiMncrMoV 钢焊接接头的氢致裂纹和应力腐蚀开裂。高湿度能增大氢致裂纹和应力腐蚀开裂倾向。扫描电镜显示了氢致裂纹断口的沿晶断裂特征.用扫描电镜及光学显微镜研究了热影响区的局部熔化区及淬火区显微组织对裂纹倾向的影响。采用改进的焊接工艺,防止了高压容器的低应力破坏。     

几种常用管线钢在CO2及H2S/CO2环境中的腐蚀行为

对带状组织级别不同的管线钢在CO2及H2S/CO2饱和的NACE溶液中的腐蚀速率和腐蚀形貌进行了比较分析。结果表明,在CO2饱和的NACE溶液中,带状组织级别越低的材料,发生均匀腐蚀的特征越明显,通过生成保护性膜抵抗腐蚀的能力越强。而带状组织级别越高的材料,发生局部腐蚀,尤其是点蚀的特征越明显。在H2S/CO2饱和的NACE溶液中,带状组织级别越低的材料,越不易发生氢致开裂现象。为了提高管线钢抗CO2及H2S/CO2腐蚀的性能,应控制其带状组织。     

碳钢在湿硫化氢环境中的应力导向氢致开裂行为

选用石油行业常用的L360QS钢,采用NACE TM 0103标准试验,研究了应力集中系数和钢中的不均匀组织对碳钢在湿硫化氢环境中的应力导向氢致开裂(SOHIC)行为的影响.结果表明,应力导向氢致开裂是氢致开裂的一种特殊形式,典型的应力导向氢致开裂裂纹由平面裂纹和纵向裂纹组成.应力集中系数和钢中的不均匀组织对开裂行为有着显著的影响.应力集中系数超过6.3时,碳钢的开裂敏感性会增强.钢中的不均匀组织会为氢的聚集提供场所,巨大的氢压会产生氢致开裂类型的平面裂纹,纵向裂纹的产生受拉应力和氢压的双重作用.断口没有韧窝出现,说明典型的应力导向氢致开裂为脆性断裂.     

管线钢抗氢致开裂腐蚀性能

采用NACE TM0284-2003中A和B两种溶液对低碳和超低碳管线钢进行了腐蚀试验,并对试验结果和影响氢致开裂(HIC)敏感性的因素进行了分析。结果表明,试验钢均具有良好的抗HIC性能,合理控制成分中的C、Mn、P、S等元素含量是保证抗腐蚀性能的关键;同时,钢中的夹杂物、偏析和带状组织均会使材料的HIC敏感性增大,而以铁素体为主的细晶组织和组织中的大量位错对提高抗HIC性能起到了重要作用。     

放空口高颈法兰开裂分析

某炼油厂加氢装置中的新氢压缩机二级出口缓冲罐高颈法兰运行1年后发生开裂。对开裂法兰进行了宏观检查、光谱分析、力学性能分析、金相分析、断口扫描电镜形貌及能谱分析,找出法兰开裂原因。结果表明:法兰原材料中存在大量的Ⅱ型Mn S夹杂,当其长期运行于氢气和腐蚀环境下,薄弱的圆弧处发生氢致开裂,裂纹沿厚度方向由内壁向外壁扩展。同时,法兰显微组织中的带状组织和环境中的腐蚀性介质,加速了裂纹的扩展,最终导致高颈法兰完全断裂。     

热处理对电熔化焊管用C-Mn钢抗HIC性能的影响

采用连续式氮气保护热处理炉和实验室箱式热处理炉,研究了正火以及正火后加速冷却+回火工艺对电熔化焊管用C-Mn钢显微组织和抗氢致开裂(HIC)性能的影响。结果表明:试验钢采用正火虽然可以细化晶粒,但无法消除因连铸坯枝晶偏析造成的钢板带状组织,带状组织对试验钢的抗HIC性能有显著的劣化作用;采用正火后加速冷却工艺,带状组织完全消除,形成了铁素体和贝氏体的混合组织,板条状的贝氏体在原奥氏体晶内形核,有效地分割了原奥氏体晶粒,再通过后续合适的回火热处理,形成了热力学稳定的细晶组织,使得钢的抗HIC性能明显改善。