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基本信息

項目名稱：
X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中SCC行為研究
小類：
能源化工
簡介：
本文采用電化學(xué)交流阻抗和慢應(yīng)變速率實驗研究了X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）行為，并用光學(xué)顯微鏡對母材和焊縫的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明，隨著溶液中CO2分壓的增加，X80鋼及其焊縫的陽極溶解增加，并導(dǎo)致SCC敏感性增加。X80鋼的SCC機理是陽極溶解和氫脆的混合機制，其中氫脆起主導(dǎo)作用。焊縫具有較高SCC敏感性，這歸因于冶金相變、局部硬化和殘余應(yīng)力。
詳細(xì)介紹：
（1）選題創(chuàng)新：隨著油氣能源在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和意義的不斷升高，X80必將得到廣泛應(yīng)用。對X80鋼油氣管線的安全性研究具有重大意義。開展管線鋼在土壤中的SCC行為規(guī)律研究是建立管線安全評估體系和維護(hù)措施的重要組成部分和必備基礎(chǔ)。因此，研究X80鋼及其焊接接頭在我國典型腐蝕性土壤環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕行為與腐蝕機理，不但能彌補我國這方面應(yīng)用基礎(chǔ)研究的空白，為X80鋼油氣管線的安全使用和評估提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。 （2）方法創(chuàng)新：本文用光學(xué)顯微鏡對母材和焊縫的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，采用電化學(xué)交流阻抗和慢應(yīng)變速率實驗研究了X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中不同CO2分壓分壓下的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）行為，并對斷口形貌進(jìn)行了SEM觀察。 （3）研究結(jié)果：結(jié)果表明， 焊縫的顯微組織包括針狀鐵素體和晶界鐵素體，而熱影響區(qū)的組織是針狀鐵素體和貝氏體鐵素體的混合結(jié)構(gòu)。母材的顯微組織是由鐵素體和珠光體組成。隨著溶液中CO2分壓的增加，X80鋼及其焊縫的陽極溶解增加，并導(dǎo)致SCC敏感性增加。X80鋼的SCC機理是陽極溶解和氫脆的混合機制，其中氫脆起主導(dǎo)作用。焊縫具有較高SCC敏感性，這歸因于冶金相變、局部硬化和殘余應(yīng)力。 （4）研究價值：首次提出韌性材料由于裂紋呈多點萌生，并在擴(kuò)展過程中被吸收，脆性材料單裂紋導(dǎo)致斷裂的論據(jù)

作品圖片

  • X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中SCC行為研究
  • X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中SCC行為研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

隨著石油天然氣需求量的增加由于管線強度大幅提高，其在土壤環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）敏感性大大增加，SCC失效隱患可能會逐漸顯現(xiàn)，這是管道長期安全運行的潛在危險本工作的目的是對X80鋼焊縫和母材在庫爾勒土壤模擬溶液中不同CO2分壓的SCC行為進(jìn)行研究。 基本思路：利用電化學(xué)極化技術(shù)、結(jié)合常規(guī)應(yīng)力腐蝕研究方法，研究X80鋼在酸性土壤介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕敏感性及其機制隨CO2分壓變化的規(guī)律。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

科學(xué)性：該體系經(jīng)過嚴(yán)密構(gòu)思，精確實驗，對環(huán)境中CO2分壓對管線鋼SCC行為的影響進(jìn)行深入分析，為管線鋼土壤環(huán)境應(yīng)力腐蝕機理研究、應(yīng)力腐蝕敏感性快速評價、土壤腐蝕性程度的快速評價等方面提供理論支持。 先進(jìn)性：國內(nèi)目前雖然已經(jīng)實現(xiàn)X80鋼的實際應(yīng)用，但對其應(yīng)力腐蝕性能研究的還很少。 作品的獨特之處在于首次提出韌性材料由于裂紋呈多點萌生，并在擴(kuò)展過程中被吸收，脆性材料單裂紋導(dǎo)致斷裂的論據(jù)。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

隨著油氣能源在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和意義的不斷升高，X80必將得到廣泛應(yīng)用。對X80鋼油氣管線的安全性研究具有重大意義。開展管線鋼在土壤中的SCC行為規(guī)律研究是建立管線安全評估體系和維護(hù)措施的重要組成部分和必備基礎(chǔ)。因此，研究X80鋼及其焊接接頭在我國典型腐蝕性土壤環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕行為與腐蝕機理，不但能彌補我國這方面應(yīng)用基礎(chǔ)研究的空白，為X80鋼油氣管線的安全使用和評估提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持，

學(xué)術(shù)論文摘要

隨著石油天然氣需求量的增加，油氣管道輸送技術(shù)已廣泛采用高鋼級管線鋼。由于管線強度大幅提高，其在土壤環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）敏感性大大增加，SCC失效隱患可能會逐漸顯現(xiàn)，這是管道長期安全運行的潛在危險。SCC由于具有突發(fā)性并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和自然環(huán)境的破壞，后果極其嚴(yán)重，因此管線鋼的SCC開裂機理研究一直是世界性研究熱點。本課題將對X80鋼在我國典型土壤環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕行為及機制展開研究。采用電化學(xué)交流阻抗和慢應(yīng)變速率實驗研究了X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）行為，并用光學(xué)顯微鏡對母材和焊縫的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明， 焊縫的顯微組織包括針狀鐵素體和晶界鐵素體，而熱影響區(qū)的組織是針狀鐵素體和貝氏體鐵素體的混合結(jié)構(gòu)。母材的顯微組織是由鐵素體和珠光體組成。隨著溶液中CO2分壓的增加，X80鋼及其焊縫的陽極溶解增加，并導(dǎo)致SCC敏感性增加。X80鋼的SCC機理是陽極溶解和氫脆的混合機制，其中氫脆起主導(dǎo)作用。焊縫具有較高SCC敏感性，這歸因于冶金相變、局部硬化和殘余應(yīng)力。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1] 許淳淳,池琳,胡鋼.X70管線鋼在CO32-/HCO3-溶液中的電化學(xué)行為研究.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2004,16(5):268 [2] 楊武. 埋地油氣管線應(yīng)力腐蝕破裂研究的一些新進(jìn)展.腐蝕與防護(hù), 2003, (11):461 [3] 李明星, 閏鳳霞 ,路民旭. X70管線鋼在模擬土壤介質(zhì)中的裂紋擴(kuò)展行為研究. 機械強度, 2004, 26(3):313 [4] 郭浩, 李光福, 蔡珣, 等. 外加電位對X70管線鋼在近中性pH溶液中的應(yīng)力腐蝕破裂的影響. 中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報, 2004, 24(4):8 [5] 劉杏, 楊武. 天然氣長輸管線應(yīng)力腐蝕破裂的敏感環(huán)境條件. 機械工程材料, 2002, 26(1):5 [6] 陳旭，吳明，何川，肖軍. 外加電位X80鋼及其焊縫在庫爾勒土壤模擬溶液中SCC行為的影響. 金屬學(xué)報，2010, 46(8):951

同類課題研究水平概述

與低級別管線鋼相比，X80鋼具有更高的強度和低溫韌性，能夠提高管線的輸送能力和適應(yīng)更苛刻的氣候條件。高鋼級鋼管壁厚通常較薄，對于凹坑和裂紋的容忍能力較弱，更易于導(dǎo)致SCC裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。焊縫區(qū)是X80鋼最薄弱環(huán)節(jié)之一，存在嚴(yán)重的脆化區(qū)和組織劣化現(xiàn)象，這些都大大降低了抗腐蝕破壞的能力。 實踐都證明管線鋼的土壤環(huán)境SCC腐蝕能夠?qū)芫€的安全運營造成嚴(yán)重的危害。加拿大11家管道公司1985～1995年間的統(tǒng)計結(jié)果表明，由腐蝕原因造成的事故占全部事故的42％，其中包括著名的土壤近中性pH SCC。 油氣管線的土壤環(huán)境是力學(xué)環(huán)境、管線外部的化學(xué)及電化學(xué)環(huán)境和物理環(huán)境的綜合作用的總和，這些環(huán)境因素能夠?qū)芫€鋼構(gòu)成各種腐蝕。所以研究X80鋼及其焊縫裸材在土壤中的SCC性能具有重大意義。我國共有四十多種土壤，對西氣東輸管線的風(fēng)險評估研究表明，穿越鹽漬土地區(qū)的管線，由于土壤的強腐蝕性影響，管線具有巨大的風(fēng)險。雖然調(diào)查顯示我國尚未發(fā)生過土壤環(huán)境SCC，但這主要時由于我國目前的運行管線的運行壓力都很低導(dǎo)致的。在高級別管線鋼有氣管線中，運行壓力提高，上述土壤環(huán)境極具形成SCC環(huán)境的可能。因此開展針對我國實際土壤環(huán)境的相關(guān)研究非常必要。 加拿大的管線腐蝕損傷和安全評估體系是世界領(lǐng)先的，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模。國外的實踐和研究表明，高強管線鋼在土壤環(huán)境中最具有破壞力的形式是應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)。研究表明，焊接接頭的耐腐蝕性能較差。焊縫SCC的研究表明，在母材與腐蝕環(huán)境組成的腐蝕體系確定后，焊接材料的合金組成及含量是決定焊縫成分、組織和性能的重要影響因素。 國內(nèi)目前雖然已經(jīng)實現(xiàn)X80鋼的實際應(yīng)用，但目前研究多集中在性能的優(yōu)化和改進(jìn)，對其應(yīng)力腐蝕性能研究的還很少。對X70鋼的研究發(fā)現(xiàn)，在近中性值pH環(huán)境中，焊縫金屬和熱影響區(qū)(HAZ)是發(fā)生SCC的敏感部位，而且HAZ的焊接殘余應(yīng)力和組織脆化是導(dǎo)致HAZ的SCC的主要原因。由于焊接接頭區(qū)域電化學(xué)腐蝕特性的不同以及焊接接頭的不均勻性，尤其是與焊接工藝有很大關(guān)系的焊接殘余應(yīng)力，會導(dǎo)致管線鋼焊接接頭的SCC行為高于母材；減小焊接殘余應(yīng)力，可以提高焊接結(jié)構(gòu)的抗SCC能力；此外，焊接熱影響區(qū)中的硬化、粗晶不均勻組織都會增大SCC的敏感性。因此，加強高強管線鋼土壤環(huán)境SCC研究，是我國油氣管道運輸發(fā)展的必然要求和必要保障。
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