MS X70酸性环境用管线钢焊接接头氢致开裂敏感性及氢捕获效率研究

对MS X70管线钢母材及其焊接接头氢致开裂(HIC)敏感性进行了评估,利用OM、FE-SEM和EBSD对其显微组织、HIC裂纹及周围的晶界结构进行了观察和分析,并通过计算渗透通量J∞和氢有效扩散系数Deff对母材及焊接接头的氢捕获效率进行了研究。结果表明,MS X70管线钢母材及其焊接接头的HIC敏感性均不能达到欧标要求,且焊接接头比母材具有更高的HIC敏感性。焊接接头的HIC敏感性较高主要归结于:以条状贝氏体为主的焊缝组织对H原子的捕获效率高于母材;焊接接头中较多的作为H通道的小角度晶界可通过提高大角度晶界氢捕获效率从而增加其裂纹敏感率;焊接接头中较少量低能重位点阵(CSL)晶界和S13b、S29b重位晶界降低了大角度晶界裂纹扩展抗力从而使其具有更高的HIC敏感性。     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

X60、X70管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的对比研究

目的 开展电解渗氢管线钢及其焊接接头显微组织和力学性能研究,为掺氢天然气管线服役安全可靠性评估提供支持。方法 X60、X70管线钢及其焊接接头试样在100 mA/cm2下进行24 h电解渗氢后,开展有、无渗氢情况下相关试样的显微组织结构、氢热脱附、拉伸力学性能与断口形貌测试分析,揭示渗氢对X60、X70 2种管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的影响规律。结果 X60及X70管线钢以细小多边形铁素体为主,其焊缝和热影响区以粗大的粒状或板条贝氏体为主。相对于X70管线钢,其焊接接头具有更高的氢渗透性和稳定性。渗氢导致X60、X70管线钢及其焊接接头试样的强度与塑性降低,渗氢X70焊接接头力学性能衰减最为明显,拉伸断口呈准解理断裂特征。结论 X70管线钢的氢脆敏感性高于X60管线钢,管线钢焊接接头的氢脆敏感性高于母材。     

国产X70管线钢的硫化氢应力腐蚀性能及其焊接性

针对在含H2S的介质中，不同成分条件的国产管线钢H2S应力腐蚀开裂(Sulfide stress corrosion cracking，SSCC)性能、焊接性分别采用恒载荷法及插销试验法进行了研究；对插销试样断口进行了电子显微镜分析。试验结果表明，不同C、Mn、P含量的国产X70管线钢在相同的试验条件下具有不同的SSCC断裂时间与断裂应力。其原因主要是由于它们的Mn、P元素含量的不同引起的，而不是C元素；采用LINCOLN E6010焊条，预热70℃时的临界应力σcr=630MPa，不预热时的σcr=610MPa，即预热可以使国产X70管线钢的临界应力明显提高；插销试样的断口形貌是由解理断裂、准解理断裂和韧窝断裂构成的混合型断口。     

激光冲击处理对X70管线钢焊接接头H_2S应力腐蚀影响

采用慢应变速率法(SSRT)进行了X70管线钢焊接接头在H2S介质中应力腐蚀试验,研究了H2S对X70管线钢焊接接头应力腐蚀开裂(SSCC)的敏感性,分析了激光冲击处理对X70管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀开裂SSCC行为的影响。结果表明,经激光冲击处理后X70管线钢焊接接头表面产生了晶粒细化和残余压应力,提高了管线钢焊接接头在NACE饱和H_2S溶液中抗应力腐蚀性能;原始状态试样在NACE饱和H_2S溶液中慢拉伸试验平均应力腐蚀敏感性指数>25%,有明显的应力腐蚀倾向;经激光冲击处理后试样在NACE饱和H_2S溶液中平均应力腐蚀敏感性指数为19.05%,应力腐蚀倾向不明显,因此,激光冲击处理有效地提高了X70管线钢焊接接头的抗应力腐蚀性能。     

激光冲击波对X80管线钢焊接接头疲劳性能的影响

利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头进行了表面强化处理,通过拉伸疲劳对比试验,采用罗卡提法求出激光冲击强化处理前后X80管线钢焊接接头的疲劳极限。用扫描电镜和X射线衍射仪分析了激光冲击处理前后X80管线钢焊接接头断口形貌和残余应力,并对激光冲击处理提高抗疲劳断裂机理进行探讨。结果表明,激光冲击处理引入了-339 MPa的残余压应力,使X80管线钢焊接接头疲劳强度由445 MPa提高到496 MPa,提高了11.2%;原始状态的试样疲劳裂纹起始于试样表面,经激光冲击处理后焊接接头疲劳源转移至次表层,表层晶粒细化和残余压应力是主要机制,提高了X80管线钢焊接接头的疲劳性能。     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性研究

采用插销试验方法和焊接HAZ最高硬度试验方法,研究了X100管线钢焊接HAZ的冷裂纹敏感性。结果表明,X100管线钢在不预热条件下,临界断裂应力σcr为740 MPa,大于0.75Rt 0.5(Rt 0.5为763 MPa);最高硬度为HV10281.2,低于临界硬度HV10350,整个断口为韧窝-部分解理组成的混合断口,即抗冷裂纹性好,对冷裂纹不敏感;当其他条件不变,对X100管线钢进行50℃预热,其临界断裂应力σcr为800 MPa,与不预热相比较,抗冷裂纹性能得到提高,通过预热可以提高冷裂纹的敏感性。     

激光热处理对X80管线钢焊接接头疲劳性能的影响

利用CO2激光器对X80管线钢焊接接头进行表面热处理,通过拉伸疲劳对比试验,用罗卡提法求出激光热处理前后X80管线钢焊接接头的疲劳极限。采用扫描电镜和金相显微镜分析激光热处理前后X80管线钢焊接接头的组织与断口形貌,通过X射线衍射仪分析了激光热处理前后X80管线钢焊接接头的残余应力及残留奥氏体,并对激光热处理提高抗疲劳断裂机理进行了探讨。结果表明,激光热处理在试样表面形成强化层,使X80管线钢焊接接头疲劳强度由542 MPa提高到604 MPa,提高了11.4%;原始状态下试样疲劳裂纹源起始于试样表面,经激光热处理后试样疲劳裂纹源转移至次表层;残留奥氏体增加、强化层晶粒细化和残余压应力场是提高疲劳强度的主要机制。     

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依据NACE标准研究了X80级管线钢的抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）和氢致开裂（HIC）行为。研究表明该X80级管线钢具有较好的抗SSCC和HIC性能,其中临界名义应力Sc达到：1 265 MPa;裂纹敏感率、裂纹长度率和裂纹厚度率均为0;酸性环境下氢的扩散以及应力集中的交互作用导致材料的韧性损失,从而促使裂纹的形成和扩展,最终导致材料断裂。以均匀细小的针状铁素体为主的显微组织具有优良的抗SSCC＆HIC性能。     

国产X80钢焊接冷裂敏感性的插销试验

用插销试验法研究了实心焊丝CO2气保焊根焊条件下X80管线钢的冷裂纹敏感性及断口特征.结果表明,预热100℃条件下X80钢的抗冷裂性好,临界断裂应力σcr为624 MPa,与其抗拉强度相当.当拘束拉伸应力高于抗拉强度时,将发生失效断裂,断裂性质为延性断裂断口.CO2气保焊进行根焊焊接时,X80钢的抗冷裂性好,与该方法能得到超低氢的焊接条件有关,此外还与该钢的裂纹敏感系数(0.17%)不高,HAZ淬硬不明显有关.焊接接头过热区的组织主要为块状铁素体,最高硬度297 HV.     

储氢镁合金的研制

主要介绍了镁基储氢合金的特性及其应用。并着重介绍了冶金法制备Mg-Ni储氢合金。通过加入催化剂镍、钝化剂锌来改变合金的充放氢的动力学性能和抗腐蚀性能，研制了三种放氢速度的合金。还介绍了机械合金法制备镁基储氢合金，指出了该法目前存在的问题。     

Electrochemical and Hydrogen Absorption/Desorption Properties of Nanocrystalline Mg2Ni-type Alloys Prepared by Melt Spinning

从晶体结构、吸放氢性能和抗粉化性能的角度研究了La1-xYxNi5-yAly (x=0.6,0.7;y=0.1,0.2)金属氢化物合金用于高气压氢压缩机的可行性.XRD分析表明,合金都为CaCu5型六方结构,晶胞体积随着Y含量的增加而减小,随着Al含量的增加而变大.采用恒温体积法在20、30和40℃的实验条件下,对合金的吸放氢PCT曲线和吸氢动力学曲线进行了测定.结果表明,Y和Al能够有效地调节合金的吸放氢平台压,其中Y使合金的平台压升高,Al使合金的平台压降低,两种元素对LaNis基合金的其它储氢性能没有明显的负面影响.分析表明,这些合金能够以“合金对”的形式应用于双级金属氢化物压缩机中,将室温下的2 MPa的低压氢增压为35～40 MPa的高压氢,放氢温度为135～155℃.     

氢渗透合金膜的研究现状及发展趋势

氢渗透合金膜是一种重要的氢气提纯材料。本文简要介绍了目前存在的几种氢渗透合金膜的研究进展和各自的优缺点,重点讨论了氢渗透合金膜的工作原理、氢渗透性能和制备方法;详细分析了影响氢渗透性能的关键因素,包括氢渗透系数、氢扩散系数、氢溶解系数和氢脆性,提出了通过改善氢渗透合金膜的微观结构以提高膜材料的抗氢脆性、提高氢渗透系数和扩散系数的方法,最后对合金膜的发展趋势进行了探讨。     

金属氢渗透研究综述

综述了氢渗透的研究方法和研究历史,总结了当前对氢损伤机理的研究,以及在易发生氢脆环境下的氢渗透行为规律和影响氢行为的因素。在这些研究的基础上,国内外先后开发了许多氢渗透防护技术,如:阻碍氢原子渗入基体,在材料表面制备涂镀层;消除钢中有害元素的方式,改变中氢原子陷阱的数目;从组织入手,开发高纯度、高抗氢钢,包括一些系列铁素体合金钢等。综述了从传统的电沉积阻氢合金镀层,到新工艺制备阻氢陶瓷层的发展。阻氢涂层具有阻氢性能极佳,兼具保护作用的优点,但容易失效,破损后会加快基体的局部腐蚀;而通过冶金、热处理来净化钢材,改变组织成分开发的纯净钢,其实际抗氢脆性能并不理想,仍然会出现氢引起的力学性能下降,并且具有控制工艺复杂、能耗大的缺点。由此认为,氢一旦进入金属材料内部,造成材料的性能损伤不可避免,防止氢进入金属材料是该领域的关键科学问题。氢渗透过程是氢损伤发生的关键步骤,那么阻碍氢渗透过程的进行就成了氢损伤防护措施的重中之重。抑制氢渗透过程的发生需要从降低氢原子浓度梯度、降低材料内部氢陷阱密度和结合能两方面入手,开发有效的抑氢手段,抑制氢渗透过程,使材料内部的氢原子浓度小于临界氢原子浓度。     

Hydrogen Civilization Doctrine: Whether the Humankind Can Prevent Global Ecological Catastrophe?

Hydrogen Civilization (HyCi) doctrine is a novel world outlook, all-embracing vision of the sustainability of the human future: humanity can preclude world climate catastrophe and conserve the biosphere’s ability to maintain the life of humanity by the only way, just by the sustainable movement along the vector "Hydrogen Energy → Hydrogen Economy → Hydrogen Civilization". HyCi doctrine is overcoming boundaries between different sciences, between peoples and nations. Hydrogen civilization is a public ideal (’superattractor’) putting in the forefront Shakespeare’s Hamlet question on a global scale: "To be or not to be the humankind: that is the question".     

氢在钢铁表面吸附以及扩散的研究现状

氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提,而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部,其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果,展望了氢吸附以及氢扩散的研究方向。目前研究氢吸附的主流方法是第一性原理计算。在氢扩散研究方面,试验研究能够分析钢铁组织、相、宏观尺度因素变化对氢扩散的影响;有限元、分子力学、第一性原理多种尺度模拟计算可以分析微区结构变化对扩散的影响。氢在表面的吸附以及表层原子的扩散对氢脆有重要影响,但氢原子在钢铁表面的吸附以及表层扩散主要集中在无缺陷的αFe表面。氢与缺陷的相互作用研究主要集中在体相内部,钢铁表面状态的变化对氢吸附以及表层扩散的影响相关报道较少。需进一步开展在含缺陷钢铁表面的氢吸附研究,阐释表面应力、位错、晶界、相界、合金元素等因素对氢吸附、表层区域氢扩散的影响机理。     

钛合金热氢处理技术及其应用前景

钛合金热氢处理技术是利用氢致塑性、氢致相变以及钛合金中氢的可逆合金化作用以实现钛氢系统最佳组织结构、改善加工性能的一种新体系、新方法和新手段，利用该技术不仅可以改善钛合金的加工性能，而且可以提高钛制件的使用性能，降低钛产品的制造成本，提高钛合金的加工效率。综述了钛合金中氢对改善压力加工、扩散加工、机械加工和铸造钛合金变质加工的组织、力学性能和加工性能的作用，简要分析了其改性机理，展望了钛合金热氢处理技术的应用前景。     

贮氢材料研究进展

氢作为一种新的能源，受到了人们的广泛关注，其制备、贮存、输运及应用技术都有了长足发展。本文即对贮氢材料的种类及其最新进展作以综述。     

Nb—Ti—Ni合金的显微组织与氢渗透性能

研究了Nb50Ti25Ni25及Nb40Ti30Ni30合金的显微组织及氢渗透性能,并与贵金属Pd、Pd-Ag合金及纯Nb的氢渗透性能进行了比较.两种合金的显微组织均由先析出的bcc-Nb(Ti,Ni)固溶体和bcc-Nb(Ti,Ni) B2-TiNi共晶组成.随Ni、Ti合金元素含量增加,合金中共晶相的含量增加.氢渗透温度为673 K时,两种合金的氢渗透系数分别为1.71×10-8和1.03×10-8mol·in-1·s-1·Pa-0.5,接近Pd的氢渗透系数,略低于Pd-Ag合金的氢渗透系数.共晶相的比例增加有利于提高合金的抗氢脆性能,增加先析出相的比例可提高合金的氢渗透系数.适当调整合金元素含量可获得综合性能良好的氢渗透合金.     

塑性形变对4340钢中氢的富集及传输行为影响

采用渗氢试验和数值计算两种方法研究．了塑性形变对金属中氢的扩散和富集的影响，讨论了４３４０钢中的氢浓度与塑性形变大小、氢扩散时间及边界条件之间的关系．