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.     

X60和X100钢显微组织与HIC性能的关系

采用NACE标准对X60和X100两种管线钢进行氢致开裂(HIC)试验,并通过金相显微镜和扫描电镜观察显微组织及夹杂物对两种管线钢氢致开裂性能的影响。结果表明,与X60钢相比,X100钢对HIC更为敏感,其裂纹数量远多于X60钢。X60钢在珠光体/铁素体界面上形成细裂纹,在铁的碳化物和Al-O-Ti夹杂物处形成粗裂纹。X100钢在贝氏体组织上形成细裂纹,在贝氏体组织和夹杂物的共同作用下形成粗裂纹。由于X100钢晶粒尺寸小,由夹杂物作为氢陷阱形成的粗裂纹宽度远小于X60钢中的。除了铁的碳化物和钙化的Al-O-Ti夹杂物,X100钢裂纹中出现更加复杂的Mn-Ca-Mg-Si-O-S多元素复合夹杂,钼元素的富集物对裂纹的扩展影响不显著。     

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管线钢焊接接头抗HIC性能研究

利用OM和SEM研究了X100管线钢焊接接头的微观组织,并利用EDS分析接头中的非金属夹杂物种类及成分。结果表明,实验用X100管线钢焊接接头由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成;焊缝金属中含有MnS,Si的氧化物和Al的氧化物及Al-Mg-O和Ca-Al-O-S系夹杂物。焊接接头氢致开裂敏感性较高,焊缝金属中的非金属夹杂物及硬脆M/A组元与基体之间的界面和应力导致氢致裂纹的萌生,并沿粗大的贝氏体晶粒扩展。     

显微组织对X100管线钢氢致开裂及氢捕获行为影响

依据NACE TM 0284-2011标准评估了不同显微组织X100管线钢的氢致开裂(HIC)敏感性,采用场发射扫描电镜、氢显等手段观察了钢中HIC裂纹的萌生和扩展以及H的聚集,借助于氢渗透动力学参数分析了X100管线钢不同显微组织试样的氢捕获效率与HIC敏感性的内在关联。结果表明,具有不同显微组织的X100管线钢HIC敏感性依次为:原始铁素体-贝氏体组织试样炉冷处理的块状铁素体组织试样风冷处理的针状铁素体组织试样;钢中组织对氢的捕获效率越高,钢材对HIC敏感性越大;H原子容易在夹杂物和基体之间的界面处聚集,钢中的MnS夹杂、Ca-Al-Si-O复合夹杂和MnO夹杂均为HIC裂纹萌生源。     

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。     

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。     

新型含Cu管线钢的抗氢致开裂性能

对比研究了传统X80管线钢和新型含Cu管线钢的氢致开裂敏感性。结果表明,传统X80管线钢抗氢致开裂性能不佳,氢致裂纹主要沿着马氏体/奥氏体(M/A)岛与基体界面扩展;而不同Cu含量的新型管线钢具有优异的抗氢致开裂性能,表现为氢致开裂实验后无裂纹出现。分析认为,含Cu管线钢中的纳米尺寸富Cu相提供了捕获H的有利陷阱,这种均匀弥散析出的细小富Cu相为H的分布提供了众多位置,有助于避免在局部区域产生很高的H富集而发生微观区域氢脆。纳米尺寸富Cu相作为有利氢陷阱为研发高强度兼具优异抗氢致开裂性能的新型管线钢提供了新思路。     

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.     

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。     

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.     

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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。     

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。     

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．     

X42QS管线钢表面氢鼓泡原因分析及热处理工艺改进

通过显微组织分析和工艺对比试验等对调质型X42QS管线钢在HIC检验过程中出现严重氢鼓泡问题进行研究。结果表明,X42QS淬火后仅在钢板表层获得板条贝氏体组织,在 650℃高温回火处理后,X42QS表层板条贝氏体转变成粗大的再结晶多边形铁素体,在HIC试验中沿粗大的铁素体晶界形成裂纹并扩展,最终导致严重的氢鼓泡问题。通过适当调整回火工艺,X42QS管线钢的氢鼓泡问题可以得到有效抑制。     

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。     

X100管线钢在恒载荷作用下的应力腐蚀开裂

利用恒载荷试验机研究X100管线钢在NS4溶液中恒载荷作用下的应力腐蚀开裂行为.结果表明,即使外加应力小于其屈服强度,X100管线钢也能发生应力腐蚀开裂,且为穿晶型的应力腐蚀开裂;裂纹萌生于贝氏体与铁素体相界之间、M/A岛与基体之间以及贝氏体板条之间的界面上.     

X65抗酸管线钢中非金属夹杂物和氢致开裂裂纹的分析及预测

采用金相和扫描电镜分析方法,对X65抗酸管线钢中的大尺寸非金属夹杂物及夹杂物诱发的氢致开裂(HIC)裂纹进行了研究,并采用极值统计方法对不同体积管线钢中大尺寸非金属夹杂物及其可能诱发的HIC裂纹尺寸进行了预测.结果 表明,X65管线钢中大尺寸非金属夹杂物随着预测体积的增加而增大,预测的最大夹杂物尺寸与实际观察结果相吻合...