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X80管线钢焊接热影响区氢致裂纹行为研究

作　者: 曲炎淼
导　师: 黄峰
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料学
关键词: X80管线钢 热处理 氢渗透 极化曲线 交流阻抗谱
分类号: TG401
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着我国油气管线建设工程的大力发展,对管线钢的需求持续增加。X80钢因具有较高的强度和良好的韧性,被认为是21世纪输气管道的首先钢级,在我国西气东输二线工程中得到广泛的应用。管线钢在实际应用时,各管道之间连接主要依靠焊接工艺来完成,焊缝附近的组织会发生变化,复杂的组织结构使X80钢的机械性能变差、其抗氢致裂纹（HIC）性能也会发生变化。因此,对X80钢及其焊缝组织HIC性能研究具有一定必要性和紧迫性。本文通过对实际X80管线钢焊缝显微组织的分析,结合文献和CCT曲线,运用不同的热处理工艺对焊接热影响区组织进行模拟;并通过金相显微镜和扫描电镜分析原始和热处理后X80钢的显微组织、夹杂物和析出物;研究三种不同显微组织X80管线钢的氢致裂纹敏感性;通过H2S环境下氢渗透实验,研究氢捕获效率与氢致裂纹敏感性的关系;采用极化曲线和交流阻抗谱来研究水淬组织X80管线钢在H2S环境中的电化学行为;在H2S环境下电化学行为和氢渗透行为的基础上,初步探讨了采用电解充氢的方法模拟湿饱和H2S环境中氢渗透行为的可行性,为应用电化学充氢方法测试氢致裂纹敏感性提供数据支持。研究结果表明:⑴通过将原始试样加热到1300oC,分别进行空冷和水淬热处理的方法对X80管线钢焊接热影响区组织进行模拟。原始组织以针状铁素体为主,空冷组织以多边形铁素体和少量粒状贝氏体组成,水淬组织以板条马氏体为主。热处理前后X80钢的夹杂物不发生变化,主要为MgO、Al2O3、CaO、TiO2及其复合夹杂,其析出物主要为Nb和Ti的碳氮化物;⑵对不同组织X80钢的氢致裂纹实验结果表明,热处理使得X80钢的氢致裂纹敏感性升高。其裂纹多在夹杂物处萌生,在原始和空冷试样中以穿晶扩展为主,在水淬试样中以沿晶扩展为主,伴随少量沿晶扩展;⑶不同组织X80钢抗HIC敏感性能力与氢渗透通量J∞、氢扩散系数Deff表现出相同的规律,不同组织X80钢氢渗透通量J∞、氢扩散系数Deff越低,氢捕获效率越高,管线钢氢致裂纹敏感性越大;⑷X80钢水淬试样在不同浸泡时间下的极化曲线和交流阻抗谱都表明随着浸泡时间的延长,材料腐蚀加速,说明随着时间的延长,材料表面析氢反应更易进行,会产生更多的H原子进入到钢基体中,促进氢致裂纹的萌生和扩展;⑸使用30mA/cm2电流密度下电解0.5mol/L H2SO4+3.1×10-3 mol/L Na4P2O7溶液进行电化学充氢渗氢模拟含饱和H2S NACE A溶液环境下管线钢的渗氢行为具有合理性和可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 引言  10-23
  1.1 管线钢的发展与应用  10
    1.1.1 管线钢的发展  10
  1.2 X80 管线钢的开发与应用  10-14
    1.2.1 X80 管线钢的化学成分  11-12
    1.2.2 X80 管线钢的组织  12
    1.2.3 X80 钢的焊接技术  12
    1.2.4 X80 管线钢焊接热影响区组织  12-14
  1.3 管线钢的氢致裂纹（Hydrogen Induced Cracking， HIC）  14-18
    1.3.1 合金元素对HIC 的影响  14-16
    1.3.2 组织对HIC 的影响  16-17
    1.3.3 HIC 产生机理的研究  17-18
  1.4 电化学渗氢方法对HIC 的研究  18-21
    1.4.1 国内外研究进展  18-19
    1.4.2 电化学充氢量的影响因素  19
    1.4.3 氢渗透装置  19-20
    1.4.4 氢渗透实验原理  20
    1.4.5 氢渗透的影响因素  20-21
  1.5 腐蚀行为电化学研究方法概述  21
    1.5.1 极化曲线法  21
    1.5.2 交流阻抗谱  21
  1.6 本课题的提出  21-23
第2章 X80管线钢焊缝组织模拟与分析  23-31
  2.1 引言  23
  2.2 实验  23-24
    2.2.1 试样制备  23
    2.2.2 显微组织观察  23
    2.2.3 夹杂物观察  23
    2.2.4 析出物观察与分析  23-24
  2.3 结果与讨论  24-30
    2.3.1 X80 钢焊缝钢组织观察  24-27
    2.3.2 不同组织X80 钢夹杂物形貌观察和成分分析  27-28
    2.3.3 不同组织X80 钢析出物形貌观察与成分分析  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 X80钢及其焊缝模拟组织氢致裂纹行为研究  31-40
  3.1 引言  31
  3.2 试验  31-34
    3.2.1 样品制备与溶液配制  31-32
    3.2.2 氢致裂纹实验装置  32-33
    3.2.3 氢致裂纹实验  33
    3.2.4 氢致裂纹敏感性评价  33-34
    3.2.5 氢致裂纹形成及扩展观察  34
    3.2.6 裂纹EBSD 分析  34
  3.3 结果与讨论  34-39
    3.3.1 不同组织X80 钢氢致裂纹敏感性测试结果  34-36
    3.3.2 氢致裂纹形成原因初步分析  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 X80钢及焊缝模拟组织H25环境下氢渗透行为研究  40-44
  4.1 引言  40
  4.2 实验  40-41
  4.3 结果与讨论  41-43
    4.3.1 不同组织X80 钢的氢渗透行为  41-42
    4.3.2 X80 钢氢渗透行为与HIC 的关系  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章 X80钢焊缝模拟组织在含H25的NACEＡ溶液中的电化学行为研究  44-49
  5.1 引言  44
  5.2 实验  44-45
    5.2.1 实验材料  44
    5.2.2 实验方法  44-45
  5.3 结果与讨论  45-48
    5.3.1 不同浸泡时间下极化曲线  45-46
    5.3.2 不同浸泡时间下交流阻抗谱  46-48
  5.4 本章小结  48-49
第6章 电化学充氢方法模拟饱和H25环境渗氢行为的探索研究  49-55
  6.1 引言  49
  6.2 实验  49-50
    6.2.1 试样的制备与溶液配制  49
    6.2.2 实验装置及方法  49-50
    6.2.3 验证试验  50
  6.3 结果与讨论  50-54
    6.3.1 X80 钢原始试样不同电流密度下电化学充氢氢渗透曲线  50-52
    6.3.2 X80 钢空冷试样和水淬试样验证  52-54
  6.4 本章小结  54-55
第7章 全文总结  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文  59-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接冶金问题
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