不同应力三轴度下电化学充氢对X80管线钢性能影响

采用缺口圆棒拉伸试验、电化学充氢和扫描电镜观察等方法研究了不同应力三轴度下氢对X80管线钢性能影响。结果表明,对于初始应力三轴度相同的X80管线钢,电化学充氢降低了材料的缺口试样抗拉强度和断面收缩率,同时随着充氢时间延长,强度和断面收缩率降低越明显。缺口拉伸试样初始应力三轴度由1.02升高为1.25,材料的缺口试样抗拉强度和断面收缩率降低,当充氢8 h,材料抗拉强度降低幅度由1.3%升高至5.5%;充氢24 h条件下,材料抗拉强度降低幅度随应力三轴度升高,由6.6%升高至9.9%。同时随着应力三轴度不断升高,材料缺口位置应力集中程度越高,氢更容易在材料表面和内部扩散聚集,造成不可逆氢损伤,因而材料的抗拉强度降幅增大。     

阴极充氢条件下氢在X80管线钢中的扩散行为研究

为了进一步预测管线在服役条件下的氢含量以及研究氢在材料中的扩散行为,采用电化学方法,对X80管线钢在稀H_2SO_4溶液中进行阴极充氢,并采用甘油置换法对试样吸收的氢含量进行测定。试验结果显示, X80管线钢在稀H_2SO_4溶液中电化学充氢时,延长充氢时间或增加充氢电流密度,可提高管线钢吸收氢的量,充氢48 h后吸收的可扩散氢含量基本达到稳定值;随氢浓度的增加,氢扩散系数由0.35×10~(-6) cm~2/s逐渐递增到0.47×10~(-6) cm~2/s。研究表明,在电化学充氢时间一定的情况下,充氢电流密度的增加加速了氢在金属中的扩散,使材料吸收氢含量得到提高。     

X80管线钢与氢环境相容性试验研究

针对在高压气相氢环境下开展的X80管线钢慢应变速率拉伸试验、断裂韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验,分析了不同氢分压对X80管线钢力学性能、疲劳性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明,氢分压是影响材料氢脆和疲劳性能的重要因素,随着氢分压的增加,X80管线钢的氢脆敏感性显著增大,缺口疲劳试样的疲劳循环次数显著降低,断口韧窝间出现典型的具有小平面和撕裂棱的准解理特征脆性断裂形貌,疲劳裂纹扩展速率急剧增加,增加了管道失效风险。研究结果可为高强度输送掺氢天然气管道工程临界评估提供参考。     

近中性pH值溶液中X100管线钢应力和氢元素对电化学腐蚀行为的影响

运用扫描振动电极技术和局部电化学阻抗谱测量技术,对近中性pH值溶液中X100管线钢应力和氢元素对电化学腐蚀行为的影响因素进行了研究。结果表明,充氢能有效提高钢的阳极溶解,有助于产生一层腐蚀产物,由于氢原子在试样中随时间会发生快速的扩散,所以电荷转移电阻在区域内和区域外基本没什么变化。当局部应力集中不足以接近或达到钢的屈服强度时,钢依然处在相对稳定的状态,并且试样的整个表面的溶解速率不均匀。     

X80管线钢焊接热影响区组织和氢渗透行为研究

为了进一步研究X80管线钢热影响区组织对氢渗透行为的影响,利用焊接热模拟技术模拟了X80管线钢在不同峰值温度下生成的焊接热影响区,研究了800~1 350 ℃的峰值温度对焊接热影响区的组织、显微硬度和氢渗透行为的影响。焊接热影响区组织分析结果显示,当峰值温度为800 ℃时,组织主要为铁素体和贝氏体,晶粒大小分布不均匀,M-A组元呈岛状;峰值温度为900 ℃时,组织主要为细小的铁素体和粒状贝氏体,晶粒分布均匀,M-A组元呈岛状和粒状;峰值温度为1 150~1 350 ℃时,组织均以粒状贝氏体为主,M-A组元主要分布在原奥氏体晶界处。焊接热影响区硬度试验和氢渗透试验结果显示,显微硬度随着峰值温度的升高,呈先升高后降低趋势,并且发生了明显的软化;随着峰值温度的升高,组织的氢扩散通量和氢表现扩散系数逐渐增大,吸附氢浓度逐渐减小。研究表明,在焊接热影响区组织中,部分相变区的氢脆敏感性最高,容易造成氢聚集,进而引起氢脆等现象。     

X80管线钢焊接工艺研究

本文阐述了X80管线钢的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数,通过焊缝外观检验、金相检验和力学性能试验优化了X80管线钢焊接工艺参数。     

输氢管道采用X80管线钢的设计建议

高强度管线钢常被用于长距离、大输量天然气管道输送,然而目前的输氢管道采用低强度管线钢,以避免氢脆的产生。为了探究大直径X80管线钢输送加压氢气的能力,对X80管线钢试样进行了拉伸、韧性、裂纹扩展和圆片破裂试验。根据试验结果,分析了输氢管道压力对试样缺陷临界尺寸的影响,从而对X80输氢管道的设计提出了建议。研究表明,在一定输送能量下,氢的运输成本可能比天然气高出数倍。此外,尽管低强度钢的氢脆敏感性更低,但使用高强度钢建造输氢管道比使用低强度钢可带来10%～40%的成本效益。     

X80级管线钢的各向异性特征

通过对X80级管线钢不同方向拉伸性能、金相硬度、金相组织的试验和分析，得出了X80级管线钢的各向异性特征：横向强度大于纵向强度，纵向韧性优于横向韧性。并对该特征进行了分析讨论。     

X80级管线钢热加工敏感性研究

采用热模拟技术研究了不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性,以及不同加热温度对X80级管线钢的性能及金相组织的影响。试验结果表明,不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性不同。经过加热后,X80级管线钢的强度均有下降,特别是屈服强度值下降幅度较大;当加热温度为900-1 000℃时,屈服强度较低,但随着加热温度的升高,屈服强度和抗拉强度逐步增大;当加热温度达1 050℃以上时,强度值较高。随着加热温度的上升,材料金相组织的晶粒尺寸均呈增大的趋势,但增大幅度不同;当加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的冲击韧性良好。综合组织特征的变化与材料的力学性能结果,当材料的淬火系数Di在1.1-1.3时,X80级管线钢对加热温度的敏感性较小;加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的金相组织与力学性能较好。     

X80高钢级管线钢冲击韧性研究

对某厂X80高钢级管线钢母材、焊缝、热影响区进行了夏比冲击韧性试验。试验发现夏比冲击热影响区的冲击功较低,对X80钢的热影响区补样进行系列冲击试验,并对断口形貌和显微组织进行观察,认为应当把热影响区的夏比冲击功(CVN)值作为冲击载荷条件下焊接接头的一个评判特征值。     

离子渗氮对X80钢在库尔勒土壤溶液中电化学腐蚀行为的影响

通过对X80钢进行离子渗氮处理,研究其在库尔勒土壤模拟溶液中浸泡30天的耐腐蚀性能。通过动电位极化曲线和阻抗谱测试X80钢渗氮层对腐蚀性能的影响。结果表明,经离子渗氮的试样比X80钢更耐蚀,其自腐蚀电位为-393mV,比X80钢高出337mV,自腐蚀电流密度为0.046A/cm2,约是X80钢的1/1 000。离子渗氮处理使X80钢表面生成了ε相和γ′相,可显著提高自腐蚀电位,使腐蚀反应更难发生。同时,显著降低了自腐蚀电流密度。采用SEM、XRD和EDS技术对腐蚀产物膜的表面形貌和组成成分进行测试分析表明,腐蚀产物主要是Fe3O4和β-FeOOH。     

表面纳米化处理对X80管线钢焊接接头的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)技术对X80管线钢焊接接头进行了表面自身纳米化处理。分析了SMAT前后X80管线钢焊接接头的疲劳及电化学腐蚀特性。结果表明,对X80管线钢焊接接头进行90min的SMAT后,可以在X80管线钢焊接接头表层一定深度范围以内获得纳米晶组织,纳米晶尺寸分布为5～15nm;在近似服役条件下的全应力范围内,SMAT可以显著延长X80管线钢焊接接头的疲劳寿命,其疲劳极限可提高13%;SMAT可提高X80管线钢焊接接头的电化学腐蚀性能,使其电化学腐蚀倾向和自腐蚀电流密度均有所降低。     

疲劳载荷作用下X80管线钢夹杂物的微观行为

X80管线钢是我国长输管线的主要用钢,其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜（SEM）原位观测的方法,动态跟踪观察了拉-拉疲劳载荷作用下国产X80管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过程,并计算了影响X80管线钢疲劳性能的临界夹杂尺寸。结果表明,非金属夹杂物能够导致X80管线钢疲劳裂纹的萌生与扩展,疲劳裂纹首先在夹杂/基体界面的基体一侧萌生,然后向远离夹杂的基体中扩展;在拉-拉疲劳载荷作用下,X80管线钢薄板疲劳裂纹的稳态扩展速率为10⁻¹⁰ m/cycle量级;夹杂物尺寸越大,疲劳裂纹萌生越早,试样寿命越短。为了避免夹杂物对管线钢疲劳性能的危害,管线钢中夹杂物的尺寸应尽量控制在临界尺寸之内,尤其应避免出现带状夹杂物。     

X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布

研究了X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布.结果表明, X80级管线钢在焊接过程中形成的热影响区由不同温度下形成的梯度组织组成.焊接加热温度为1 300 ℃时所形成的粗晶区韧性最低,是受焊区的薄弱环节.950 ℃以下的焊接热过程,对管线钢的韧性没有大的损害.引起热影响区性能恶化的主要原因是高温引起的晶粒长大以及由于晶粒粗大而引起上贝氏体等非平衡低温转变产物的增多.     

X80感应加热弯管回火工艺研究

回火工艺是X80感应加热弯管制造工艺中的重要组成部分,对提高弯管强韧性、消除应力、降低硬度、改善弯管综合力学性能有重要的影响。采用热模拟技术、力学性能检测技术、金相分析技术研究了回火工艺对X80感应加热弯管组织性能的影响规律。对不同回火工艺下的X80管线钢组织和性能进行了分析比较,确定了感应加热弯管回火热处理的最佳工艺参数。     

X80级管线钢埋弧焊焊缝韧性波动研究

研究分析了西气东输二线用X80级钢18.4mm厚热轧卷板的成分和组织特点。TEM分析表明,18.4mm厚X80级热轧卷板在板厚1/4和1/2处,晶界均比较纯净,组织以针状铁素体为主。针对这种高钢级厚板管线钢埋弧焊接条件下出现的焊缝韧性波动,采用SEM、能谱分析等对焊缝微观组织、冲击断口形貌、成分偏析、焊缝夹杂物、焊丝纯净度等进行了分析。研究结果表明,焊缝原始奥氏体晶粒大小对韧性有显著影响,晶界AlN、硫化物析出是形成焊缝光滑脆性断口的主要原因,焊缝中高熔点氧化物夹杂也会引起冲击值下降。