输氢管道钢管研究进展

简述了国内外纯氢及掺氢输送管道的建设现状、输氢管道技术规范的发展现状以及国内外氢气系统的储存、输送、管道设计、临氢材料的试验和评价等。指出随着材料的强度、易于形成偏析的化学元素含量、夹杂物的尺寸和数量、氢气的压力和纯度等的提高，材料的氢脆敏感度增大。焊接钢管的焊接接头等薄弱部位会提高管道的氢脆敏感性；输氢管道的选材应关注钢材纯净化，化学成分设计，非金属夹杂物形态、组织偏析和带状组织控制，涂层方式等。     

输氢管线钢防止氢脆研究进展

氢能已经成为未来非常规能源的主要组成部分,其集输管道多依赖现有的油气管道。输氢管线钢氢脆(Hydrogen embrittlement,HE)的相关研究备受关注,但目前仍没有完整的理论解释所有氢脆行为,传统防氢脆的方法仍有许多问题亟待优化和攻克。概述了输氢管线钢的发展及不同型号管线钢的化学成分;归纳了氢脆失效概念及氢脆发生机理(弱键理论、氢促进局部塑性变形理论、氢压理论及氢吸附降低表面能理论),以及氢脆的影响因素,包括材料、氢含量、温度和应变速率等4种影响因素。在此基础上,综述了防氢脆的主要方法,即通过改变管线钢内部或表面组织结构及化学成分可以提升输氢管线钢的力学、物理及化学等性能。重点综述了热处理工艺,添加钒、铜等金属元素,冷处理—喷丸处理和电镀改性等4种防氢脆方法。探讨了有关输氢管线钢氢脆行为在线监测技术的发展现状,并展望了输氢管线钢防氢脆的研究方向。     

掺氢天然气环境下管道钢氢脆行为研究进展

为推动我国掺氢天然气管道的发展,综述了目前含氢气环境下管道钢氢脆的研究成果,总结了温度、压力、掺氢比等运行条件对钢材氢脆的影响,分析了钢材强度、微观组织、氢陷阱等材料性质与管道钢氢脆行为之间的联系,归纳了预防和抑制管道钢氢脆行为的方法。笔者认为,当前亟待解决的科学技术问题包括进一步探究掺氢天然气管道环境下不同运行条件对管道钢氢脆行为的影响规律;确定掺氢天然气管道的安全运行温度、压力、掺氢比等关键参数;建立不同服役条件下掺氢天然气管道输送的安全评价方法,完善掺氢天然气管道与现役管道相容性评价体系;形成掺氢天然气管道的设计规范和相关标准;开展气体抑制剂和阻氢涂层等抗氢脆方法的评价。     

X80钢管道焊接致氢富集及热处理数值模拟

为了探究焊后热处理对焊接残余应力及氢扩散的影响，采用Abaqus软件建立含六层环焊缝的X80钢管道模型，进行温度场、应力场和氢扩散耦合分析。结果表明，焊接产生的残余应力主要集中在焊缝区和热影响区，Mises等效应力峰值为580 MPa,已接近管材的屈服强度。管道材料内氢浓度沿着径向和轴向分布不同，但均与静水应力的分布规律相似。输氢管道焊后热处理的效果明显，可显著降低焊接残余应力、静水应力，从而降低氢富集浓度，减少焊缝处可能的氢脆现象发生。     

不同电化学充氢状态下X70、X80管线钢的断裂特性

X70、X80高级管线钢主要用于油气田管道,如果长期在常温高压（压力最高可达25 MPa）的氢环境中使用,极有可能会出现氢脆现象,进而引发脆性破坏事故。本文通过对X70、X80两种管线钢的静态和动态电化学充氢试验,对两种管线钢在不同充氢状态下的氢含量等进行了分析,并详细讨论了其断口形貌。     

微观组织对2205双相不锈钢氢脆敏感性的影响

采用金相显微镜,氢渗透试验和慢应变速率拉伸试验结合扫描电镜研究了微观组织对2205双相不锈钢氢渗透行为及氢脆敏感性的影响。微观组织分析表明,随着固溶处理温度升高,铁素体含量升高,奥氏体含量降低。氢渗透试验结果显示,随着铁素体含量升高,氢在2205双相不锈钢中的扩散系数增大。结合慢应变速率拉伸试验和断口形貌观察发现,950 ℃固溶处理的2205双相不锈钢的氢脆敏感性较高,呈现脆性断裂;而1050 ℃固溶处理试样中的铁素体和奥氏体含量较均衡,氢脆敏感性较低,呈韧性断裂特征。     

特高压直流放电负向干扰条件下X80管线钢的氢脆敏感性

在含水量50%的广州土壤环境中对X80管线钢进行特高压直流接地极放电干扰-阴极保护模拟试验,并通过热脱附光谱(TDS)和慢应变速率试验(SSRT)研究干扰间隔及干扰频次对X80管线钢氢脆敏感性的影响。结果表明:干扰与阴极保护间隔条件下,进入X80管线钢内部的氢在干扰间隔期间会逸散,但间隔时间超过24h后,材料内部的氢含量基本稳定,随干扰频次的增加,进入X80钢内部的氢含量增加,氢含量的变化主要以可扩散氢为主;随着干扰时长的延长,X80管线钢的断面收缩率和断后伸长率降低,材料的氢脆敏感性增加。     

铌微合金化对系泊链钢氢脆敏感性的影响

金属的氢脆敏感性与氢在其中的扩散密切相关,添加适量的铌能显著降低钢的氢脆敏感性.采用电化学氢渗透试验、动态充氢拉伸试验研究了氢在不含铌和含0.03％、0.05％和0.08％Nb(质量分数)的高强度低合金系泊链钢中的扩散行为及Nb含量对钢的氢脆敏感性的影响.结果表明:随着Nb的质量分数从0增加到0.05％,氢在钢中的扩散...     

辙叉用贝氏体钢的氢脆特性及去氢退火工艺

根据氢在铁中的溶解度以及扩散行为,制定了辙叉用贝氏体钢的去氢退火工艺.通过慢应变速率拉伸试验研究了辙叉用贝氏体钢的临界氢含量和氢脆敏感性.研究结果表明,通过去氧退火使试验用钢的组织得到细化,塑性和韧度得到大幅度提高.含W贝氏体钢的氢含量由1.2×10-4%降低到0.5×10-4%,低于该钢发生氢脆的临界氢含量0.7×10-4%.含Mo贝氏体钢氢含量由1.6×10-4%降低到0.4×10-4%,低于此种钢发生氢脆的临界氢含量0.6×10-4%.含W钢比含Mo钢的氢脆敏感性低.     

不同电化学充氢状态下X70和X80管线钢的断裂特性

X70、X80高级管线钢主要用于油气田管道,如果长期在常温高压(压力最高可达25 MPa)的氢环境中使用,极有可能会出现氢脆现象,进而引发脆性破坏事故。本文通过对X70、X80两种管线钢的静态和动态电化学充氢试验,对两种管线钢在不同充氢状态下的氢含量等进行了分析,并详细讨论了其断口形貌。     

回火温度对含V、Nb高强度低合金钢氢脆敏感性的影响

采用氢渗透试验和动态充氢拉伸试验研究了920℃冰水淬火后回火温度(560、600和640℃)对某含0.15%V和0.05%Nb(质量分数)高强度低合金钢的氢扩散系数和氢脆敏感性的影响,并利用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电镜(TEM)观察分析回火试样的微观组织。结果表明,随回火温度升高,氢扩散系数增加,氢扩散激活能降低,同时钢的氢脆敏感性也降低,这是因为随回火温度升高,钢中作为氢陷阱的位错密度减少,从而使得氢陷阱密度减小,在相同的充氢条件下可扩散氢含量减小。     

X70钢和X80钢在鹰潭土壤模拟溶液中的氢脆敏感性

采用动态充氢的试验方法,研究X70,X80钢在鹰潭土壤模拟溶液中的氢脆敏感性,即在对X70钢和X80钢试样施加过负阴极保护电位的同时,对试样进行慢应变速率试验。结果表明,随着阴极保护电位变负,X70钢和X80钢的氢脆敏感性均有所增强,在相同的阴极保护电位下,X80钢的氢脆风险大于X70钢。     

深海油气设施用22Cr双相不锈钢的氢致应力开裂敏感性

利用腐蚀电化学方法、四点弯曲和慢应变速率试验等研究了阴保电位、外加应力和氢含量对深海油气设施常用22Cr双相不锈钢氢致应力开裂敏感性的影响.结果表明:当阴保电位负于-990 mV(SCE,下同)时,22Cr双相不锈钢在海水中的析氢反应显著加速.随阴保电位负移和外加应力增大,22Cr双相不锈钢氢脆敏感性增加,在-1 15...     

N80管线钢电化学充氢后的力学行为研究

采用静态电化学充氢,研究了N80管线钢在不同充氢时间和充氢电流密度下的可扩散氢含量,分析了充氢后力学性能的变化,确定了充氢饱和时间和氢脆指数,并用扫描电镜对其断口形貌进行分析。研究表明:静态充氢后,N80材料的氢脆指数为0.662,充氢饱和时间为60 h;断面收缩率、断后伸长率、抗拉强度和屈服强度均减小;断口韧窝变小、变浅,数量减少;扩散氢含量随充氢时间和电流密度的增大而增加。     

小型零件的去氢检验方法与再去氢热处理

氢脆是金属由于吸氢而造成材料变脆,塑性降低,自行断裂的现象。材料的这种破裂形式势必造成意想不到的事故,对安全形成极大威胁。随着金属材料的广泛应用,各国对表面处理中的氢脆现象进行了比较多的研究和试验,并制定了一些标准（例如增加去氢处理,限制高强度钢的电...     

17-4PH不锈钢的析氢行为

采用电化学测试的方法评价了两种强度的17-4PH不锈钢在海水中的阴极极化行为;采用充氢试验研究了两种强度的17-4PH不锈钢在-1.1V(SCE,下同)电位下阴极极化15d后的含氢量;采用慢应变速率试验研究了两种强度17-4PH不锈钢在充氢后的氢脆系数。结果表明:两种强度的17-4PH不锈钢在海水中的析氢转变电位均在-0.90V左右;低强度不锈钢的氢质量分数约为2.55×10~(-4)%,而高强度不锈钢的氢质量分数则高达6.84×10~(-4)%;试样充氢后,高强度不锈钢的脆性明显增加,而低强度不锈钢的脆性增加不明显,高强度不锈钢的氢脆系数远超过25%,此时材料已存在氢脆危险,而低强度不锈钢的氢脆系数约为18%左右,尚处于氢脆安全区。     

回火温度对DP600钢氢扩散及氢脆敏感性的影响

利用慢应变速率拉伸和双电解池氢渗透试验,结合SEM、TEM、EBSD表征手段研究了不同回火温度下DP600钢中显微组织变化对其氢扩散及氢脆敏感性的影响.结果表明,DP600钢的氢脆敏感性和有效氢扩散系数均随回火温度的升高呈下降趋势,这主要与钢中位错、小角度晶界等可逆氢陷阱浓度降低以及碳化物/基体界面、大角度晶界等不可逆...     

应变速率对预充氢DP780钢氢脆敏感性的影响

利用电化学预充氢和慢应变速率拉伸实验研究了不同应变速率(10-4、10-5和10-6 s-1)条件下DP780钢的氢脆敏感性.结果 表明,随应变速率降低,材料的氢脆敏感性增强,但其变化幅度与初始预充氢状态有关.当预充氢电流密度较小时,充氢量少且钢中无初始氢致裂纹,随应变速率降低,更多氢原子可扩散至试样心部应力集中处,导...     

金属的氢脆及其产生机制

综述了氢脆的种类，氢在金属中存在的状态，氢脆的机制，钢铁、铝及其合金、钛及其合金、陶瓷等材料的氢脆行为，金属充氢的方法，高温高压氢环境中发生的设备事故实例，金属氢脆的预防措施等。     

在役管道焊接质量控制因素及解决方法

在役管道焊接是管道维抢修技术的重要发展方向。在役管道焊接存在管壁烧穿和氢致裂纹风险,特别是X80钢级钢管对焊接热应力更为敏感。提出根据管道最小壁厚、管壁温度和管道有效壁厚预防烧穿的方法,以及通过控制焊条氢含量、HAZ硬度和焊接应力预防氢致裂纹的方法。提出介质热分解、管壁渗碳、渗氢、疲劳失效应作为在役管道焊接工艺评定的重要项目。最后提出了在役管道焊接失效机理和数值模拟方面的研究建议,旨在提高长输管道焊接质量和指导管道维抢修工作。