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不同微观结构管线钢氢致开裂（HIC）行为研究

作　者: 彭先华
导　师: 刘静
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料学
关键词: 管线钢氢致裂纹（HIC）微观组织晶界结构氢渗透
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

管线钢在输送油气的过程中，由于油气中H2S气体的作用很容易使其发生氢致开裂（HIC），导致材料失效。如果不及时处理，不仅会造成资源的浪费，还对周围环境和人身带来巨大的安全隐患。因此，研究管线钢的HIC产生机理和影响因素，对提高管线钢的抗HIC性能和延长使用寿命具有重要的现实意义。本文选用三种典型微观组织结构的管线钢：1#（铁素体+珠光体）、2#（针状铁素体）和3#（超低碳贝氏体）作为实验材料。按照NACE标准TM-0284-2003比较了三种管线钢的HIC敏感性；利用金相显微镜、扫描电镜对HIC裂纹进行观察，结合氢压理论分析了HIC裂纹形核机理；讨论了裂纹扩展方式和材料组织结构与晶界结构的相互关系；利用改装后的Davanathan-Stachursky氢渗透装置测量了三种管线钢的氢渗透动力学参数，分析了三种管线钢对氢原子的捕获效率以及和HIC敏感性的相互关系；通过观察氢致裂纹在轧板厚度方向上的产生位置分布，以3#管线钢为例探讨了轧板不同厚度位置处的微观结构对HIC敏感性的影响。主要研究结果：（1）在酸性湿硫化氢环境下，氢致裂纹容易在钢铁材料中的夹杂物和带状组织处形核产生。而且带状组织的HIC敏感性强于夹杂物。（2）铁素体+珠光体管线钢中HIC裂纹容易沿着轧板中心处的珠光体带状组织扩展；针状铁素体管线钢中的HIC裂纹主要沿着针状铁素体和多边形铁素体的边界扩展，绕过了大多数的针状铁素体；超低碳贝氏体管线钢中的HIC裂纹主要沿着原奥氏体晶界扩展。（3）材料中的小角度晶界具有一定的抗HIC性能，材料中小角度晶界所占比例越高，材料的抗HIC性能越好。（4）利用氢渗透动力学参数可以很好的解释材料的HIC敏感性。材料的氢渗透通量J∞、氢扩散系数Deff越高，阴极侧的氢浓度C0越低，材料对氢原子的捕获能力越差，其抗HIC性能越好。（5）不同微观结构管线钢的不同厚度处的HIC敏感性不同，超低碳贝氏体管线钢的HIC裂纹主要出现在轧板1/4厚度位置处，由于该处的微观组织、晶粒取向差、夹杂物以及析出物等因素的共同作用，该处对氢原子的捕获效率最高，HIC敏感性最大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章文献综述  8-19
  1.1 管线钢的概述  8-10
    1.1.1 管线钢的发展历程和应用现状  8-9
    1.1.2 管线钢的组织  9-10
  1.2 管线钢的氢致开裂（HIC）  10-15
    1.2.1 HIC 的机理研究  11-12
    1.2.2 环境因素对 HIC 的影响  12-13
    1.2.3 化学成分对 HIC 的影响  13-14
    1.2.4 微观组织对 HIC 的影响  14-15
    1.2.5 晶界结构对 HIC 的影响  15
  1.3 氢渗透试验  15-17
    1.3.1 氢渗透试验原理  16
    1.3.2 氢渗透试验的影响因素  16-17
  1.4 电化学渗氢技术  17-18
    1.4.1 电化学充氢的影响因素  17-18
  1.5 本课题的提出  18-19
第二章不同微观结构管线钢在酸性湿 H2S 环境下的 HIC 敏感性研究  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 实验材料和方法  19-22
    2.2.1 实验材料  19-20
    2.2.2 氢致裂纹敏感性实验  20-22
    2.2.3 氢致裂纹形核观察  22
  2.3 结果与分析  22-25
    2.3.1 三种实验钢的 HIC 敏感性结果  22
    2.3.2 HIC 裂纹形核机理的初步分析  22-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章不同微观结构对 HIC 裂纹扩展方式的影响  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 实验  26
  3.3 实验结果和分析  26-32
    3.3.1 不同微观结构管线钢中 HIC 裂纹扩展规律  26-28
    3.3.2 不同微观结构管线钢中晶界结构对 HIC 裂纹影响规律  28-30
    3.3.3 HIC 裂纹扩展方式分析  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章不同微观结构管线钢的氢渗透动力学行为研究  33-37
  4.1 引言  33
  4.2 实验  33-34
  4.3 实验结果与分析  34-36
    4.3.1 三种管线钢的氢渗透行为  34-35
    4.3.2 三种管线钢的氢渗透行为分析  35-36
  4.4 本章小结  36-37
第五章管线钢轧板不同厚度处的 HIC 敏感性分析  37-43
  5.1 引言  37
  5.2 实验  37-38
  5.3 实验结果与分析  38-42
    5.3.1 管线钢轧板不同厚度方向的氢渗透行为分析  38-39
    5.3.2 管线钢轧板不同厚度方向的微观组织  39-40
    5.3.3 管线钢轧板不同厚度方向的晶粒取向差分析  40-41
    5.3.4 管线钢轧板不同厚度方向的微观结构对 HIC 敏感性影响分析  41-42
  5.4 本章小结  42-43
第六章全文总结  43-44
参考文献  44-48
致谢  48-49
附录  49

不同微观结构管线钢氢致开裂（HIC）行为研究

内容摘要

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