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.     

电化学充氢条件下X70管线钢及其焊缝的氢致开裂行为

采用电化学充氢的方法研究了X70管线钢在不同浓度硫酸溶液中的氢致开裂(HIC)行为．结果表明,增大充氢电流密度、延长充氢时间以及降低充氢溶液的pH值能够促进氢进入X70钢基体．微观观察表明,X70钢中的非金属夹杂物如氮化物和氧化物等对其氢致开裂行为有不同的影响,氮化物夹杂并不是充氢裂纹的必然形核位置,而Mg,Al,Ca等的氧化物是更为有害的氢致裂纹源．通过氢渗透实验测得室温下氢在X70钢中的有效扩散系数为3．34×10-9cm2／s．对XT0管线钢基体及焊缝试样电化学预充氢后拉伸,焊缝试样的拉伸塑性较差,各项塑性指标在充氢前、后均低于X70钢基体材料．     

X80 管线钢在酸性环境下的氢致开裂行为研究

目的研究X80管线钢在我国典型酸性环境(鹰潭土壤模拟溶液)下的氢致开裂行为。方法采用电化学动电位扫描技术、慢应变速率拉伸实验和扫描电镜技术,分析氢在X80管线钢中的渗透行为、材料的放氢行为、电化学充氢对材料拉伸性能的影响以及材料断口的形貌。结果通过氢渗透实验测得,在室温下,氢在X80管线钢中的的氢扩散通量J∞=7.31×10-11mol/(cm2·s),有效扩散系数Deff=5.36×10-8cm2/s,可扩散氢浓度C0=7.64×10-5mol/cm3。钢中的氧化铝类非金属夹杂及表面点蚀坑促进了氢致裂纹的萌生,充氢后试样发生穿晶断裂。随着充氢时间的增加,断口由韧性断裂转变为脆性断裂,氢致开裂敏感性增高。结论 X80管线钢在我国典型酸性环境下(鹰潭土壤模拟溶液)具有较高的氢致开裂敏感性。     

X80级管线钢全自动焊焊接工艺

通过对X80级管线钢管材及焊材化学成分、力学性能的阐述,进一步剖析大口径X80级管线钢全位置自动焊接过程中从根焊、热焊、填充焊到盖面焊的焊接工艺参数,为今后国内大口径X80级管线钢全位置自动焊施工提供了详实的数据。     

X80级管线钢抗氢致开裂性能研究

采用NACE standard TM 0284-2003氢致开裂标准实验方法,研究了鞍钢生产的X80级管线钢分别在两种溶液中的抗氢致开裂性能.研究结果表明:该管线钢在两种溶液中均具有较好的抗氧致开裂性能,试样内部没有发现裂纹:试样表面的微裂纹主要在点蚀坑处形核并沿多边形铁素体扩展,扩展模式多为穿品型,并终止于针状铁素体.     

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。     

管线钢氢致附加应力与氢致门槛应力的相关性

X80钢在空气中拉伸至塑性变形大于1％后卸缸，充氢至饱再控拉，其屈服应力小于卸载前流变应力，其差值即氢引起的附加应力，它协助外应力促进变形，引起应力集中，进而导致低应力下的脆断（即氢脆），或在低的恒定外应力下就发生氢致滞后断裂，实验表明，氢致附加应力σad随氢浓度C0升高而线性升高，即σad=-14.1 3.89C0，动态充氢慢应变速率拉伸时断裂应力随氢浓度升高而线下降，即σF（H）＝675－6．1C0,恒载荷下氢致滞后断裂门槛应力随氢浓度对数升高而线性下降，即бF（H）＝675－6．1C0，恒载荷下氢致滞后断裂门槛应力随氢浓度对数升高而线性下降，即σHIC=669-124lnCo.     

X65级海管环缝无衬垫封底全自动焊工艺及焊缝性能研究

在一些国外海洋油气田开发项目中,输送含有酸性腐蚀介质的海底管道环缝焊接强制要求采用无铜衬垫封底焊接技术,确保焊缝在硫化氢（Hydrogen Sulfide,H2S）酸性腐蚀服役过程中不会出现硫致应力开裂（Sulfide Stress crack,SSC）。为解决铜衬垫在封底焊接过程中铜原子受热扩散进入焊缝金属并对其性能产生破坏性影响的问题,采用表面张力过渡（Surface Tension Transfer,STT）封底焊接和熔化极气体保护焊接（Gas Metal Arc Welding,GMAW）填充盖面焊接技术,开发了一种适用于海管S型铺设的无衬垫封底全自动焊工艺并对焊缝性能进行测试研究。结果表明,横向拉伸、全焊缝拉伸、侧弯、冲击、宏观硬度及H2S腐蚀试验等均满足项目焊接规格书及DNV OS F101(2013)标准要求;焊接接头试样均通过了NACE 0177标准下的硫致应力开裂试验,可应用于含H2S酸性环境下X65级碳钢海管的焊接施工。STT表面张力过渡封底焊接属于单面焊双面成形技术,焊接热输入小,飞溅极少,焊缝成形好,是无衬垫封底焊接技术的一种可靠选择。     

X80级管线钢的抗氢致裂纹性能

采用光学显微镜（OM）、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等设备,运用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）光谱分析技术和电子探针X射线显微分析技术,研究了3种不同合金体系X80级管线钢的抗氢致裂纹性能及氢致开裂的原因。结果表明,新开发的两种低碳低锰微合金成分管线钢均满足X80级别钢的强度要求,其中加入较低锰的微合金体系试验钢经腐蚀溶液浸泡后没有裂纹出现,抗HIC性能较好。氢致裂纹主要沿着多边形铁素体边界扩展,针状铁素体具有一定的止裂作用。C、S、Mn、Si、Al等元素偏析造成的氧化物夹杂、富碳相及大块的MA岛不利于抗HIC性能。     

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。     

X70管线钢近中性环境氢致开裂与阳极溶解的关系

采用慢速率拉伸试验(SSRT)方法及电化学测量技术,研究了阴极电位下X70钢在某种近中性介质中的应力腐蚀开裂(SCC)机理.试验表明,在近中性介质中,随着电位的降低,管线钢的SCC敏感性增强.但当电位低于某一范围后,SCC敏感性减弱;随着溶液pH值的降低,管线钢的腐蚀速率增大,敏感电位区间负移.分析表明,在近中性介质中,管线钢应力腐蚀开裂主要受阳极溶解和氢致开裂两种机理的联合作用,氢的渗入可能与氢的还原过程及管线钢阳极溶解密切相关.适宜的电位可以使阳极溶解和氢的联合作用增强.增强应力腐蚀开裂倾向.     

X80管线钢全自动下向焊焊接工艺

分析了X80管线钢化学成分、力学性能、焊接性能和全位置自动焊工艺特点。通过合理选择焊接方法、设备、焊接材料和焊接接头,制定了规格φ1 219 mm×22 mm的X80管线钢的焊接工艺参数,以控制焊接热输入,确保接头的性能。此工艺成功地应用于西气东输二线工程,焊接质量优良,效果良好。     

X80管线钢半自动焊焊接工艺研究

介绍了X80管线钢采用STT根焊、药芯焊丝用PAW2000外焊机填充和盖面焊的工艺特点,以及焊接工艺要点。在选定的焊接方法、焊接材料和焊接工艺规范的条件下,对X80管线钢试件进行焊接,并进行了力学性能试验,取得了满意的结果。试验表明,通过此工艺施工的焊接接头具有较高的安全性。     

X70 MS管线钢焊接接头硫化物应力腐蚀敏感性及氢捕获效率

目的分析探讨氢在X70级抗酸管线钢(X70MS)母材及焊接接头中的氢捕获效率及其对硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)敏感性的影响机理。方法依据NACETM0177标准,采用应力环拉伸试验分别获得X70 MS管线钢母材及焊接接头SSCC的临界应力门槛值(σscc)。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察拉伸断口形貌、氢显试验后表面形貌以及电化学充氢后裂纹区域EBSD观察。利用改进的D-S双电解池氢渗透技术,联用Letry应力腐蚀试验机,测量母材及焊接接头的氢渗透动力学参数。结果 X70 MS管线钢母材和焊接接头发生SSCC的临界应力门槛值σscc分别为362.1 MPa和338.4 MPa,拉伸断口均呈脆性断裂特征。与母材相比,焊接接头的氢渗透通量J∞和表观氢浓度Capp较大,氢有效扩散系数Deff较小,被捕获的晶格氢、可逆氢和不可逆氢浓度均较高。结论 X70MS管线钢焊接接头具有比母材较高的SSCC敏感性,一方面是由于焊接接头中的板条贝氏体组织晶界及其亚晶界均是氢扩散通道及捕获陷阱,具有较高的氢捕获效率;另一方面,焊缝区中有相对较多的易于裂纹穿晶扩展的{101}//ND取向晶粒,在应力和可逆氢的共同作用下,裂纹易穿过这些取向晶粒快速扩展。     

X70级管线钢硫化物应力腐蚀开裂行为研究

用三点弯曲方法及SEM、TEM等手段研究了不同组织类型的X70级管线钢硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)行为.结果表明,显微组织以均匀细小的针状铁素体为主的管线钢具有优良的抗SSCC性能;这主要是源于针状铁素体内高密度缠结的位错和碳氮化物在位错网络上的沉淀析出起到了强烈的氢陷阱作用.     

运行管道在线焊接时的氢致开裂与防止方法

油气输送管道于腐蚀或机械损伤引起的减薄区以及由于管道的大段破坏或工艺要求需要安装分输支管、通常要进行现场妆操作。该操作如果在不停输的情况下进行,会大大减少由此引起民的经济损失。但是在不停输情况下焊接,由于管内介质的流动而产生的快冷效果可能会形成热影响区（ＨＡＺ）的氢致开裂。为了避免氢致开裂获得优良的焊接接头。本文 碳钢管的循环试验管道上初步研究了焊接残应力、焊接区冷却速度、焊接工艺条件等因素对运行     

应力应变条件对氢致开裂的影响

综述了本研究组近年就应力状态及动态加载过程对氢致开裂的影响所作的一些研究。包括（１）Ⅰ型、（Ⅰ＋Ⅱ）及（Ⅰ＋Ⅲ）复合型加载条件下的氢致开裂研究；（２）复合型加载条件下裂纹顶端附近氢浓度的再分布；（３）不同加载条件下氢致裂纹形成位置及其与氢致开裂抗力的关系。     

油井管钢氢致开裂门槛值研究

四种高强度油井管钢动态及氢时,进入试样的可扩散氢含量ｃ０和充氢电流ｉ成正比,而氢致断裂门榄应力σｃ与名义屈服强度σｔ之比和ｌｎｃ０成正比,即σｃ／σｔ＝Ａ－Ｂｌｎｃ０,测量了四种钢在Ｈ２Ｓ中浸泡进入试样的Ｃ０,求出相应的ｉｃ,用ｉｃ充氢时同的门槛应力σｃ（Ｈ）／σｔ和Ｈ２Ｓ中应力腐蚀门槛应力σＣ（Ｈ２Ｓ）／σｔ相一致,这表明,可用特定电流下的动态充氢来代替Ｈ２Ｓ应力腐蚀。     

某海上平台硫化氢应力腐蚀开裂及氢致开裂腐蚀敏感性分析

海上某平台在开发后期发现工艺流程中出现硫化氢,考虑到平台设计时未按照硫化氢平台进行设计,为保证平台设备的安全性,通过硫化氢、硫化物和pH检测,确定了主要工艺流程中设备的湿硫化氢环境类型。根据硫化物应力腐蚀开裂及氢致开裂的相关试验标准对处于硫化氢环境下设备开展了敏感性验证,试验结果表明,当前硫化氢含量下,平台设备具有抵抗硫化氢腐蚀的能力。