管线钢中带状组织与氢致开裂.pdf
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1、?: 100025889(2002)0220030204 管线钢中带状组织与氢致开裂 周 琦1,季根顺1,杨瑞成1,徐建林1,张旺峰2 (1 1 甘肃工业大学 材料科学与工程学院,甘肃 兰州 730050 ; 2.西安交通大学,陕西 西安 710049) ?:研究了6种材料在NACE溶液中的氢致开裂(HIC)行为.结果表明:钢材中Mn ,P ,S的含量 高时,带状组织明显增多,HIC敏感性提高.为避免带状组织及氢致开裂,应控制钢材中的Mn ,P ,S 含量,给出了Mn ,P ,S含量的推荐值:wMn1. 3 % ,wP0. 010 % ,wS0. 001 %. ?:带状组织;氢致开裂(HIC)
2、 ;硫化氢开裂实验;管线钢;阶梯型开裂 ?: TG142. 1 ?: A Banded structure and hydrogen2induced cracking in pipe2lines steel ZHOU Qi1, J I Gen2shun2, YANG Rui2cheng1, XU Jian2lin1, ZHANG Wang2feng2 (1. College of Materials Science and Engineering , Gansu Univ. of Tech. , Lanzhou 730050 , China ; 2. Xian Jiaotong Univ. ,
3、 Xi an 710049 , China) Abstract :The behaviour of hydrogen2induced crack(HIC) is investigated for six kinds of materials in NACE solution. the experimental result shows that banded structure multiplies when the content of Mn , P , and S is high and the sensibility of HIC is increased. The content of
4、 Mn , P , and S should be controlled to avoid banded structure and HIC. The recommended content of Mn , P , and S is given aswMn1. 3 % ,wP0. 010 % ,wS 0. 001 %. Key words :banded structure ; hydrogen2induced cracking; hydrogen sulfide cracking test ; pipe2line steel ; stepwise cracking 管线钢在已过去的半个世纪的
5、使用过程中,发 生了很多断裂事故,尤其西部油气井中大多含有 H2S ,会使输送管、 套管在使用过程中产生氢致开裂 (HIC) ,致使管材早期失效 1 ,2 ,这也成为天然气输 送技术中所需解决的问题之一.过去中国使用的油 气输送管材大多靠进口,所以研制开发国产防止氢 致开裂的管材具有重要的工程应用前景与经济意 义.有研究表明:氢致开裂易在含有 型MnS夹杂 物的钢中产生,且在25、pH值小于4的条件下最 敏感35.本文研究了6种管线钢的氢致开裂行为, 研究结果为研制开发抗氢致开裂的材料提供理论依 据. ?: 2001205210 ?:甘肃省自然科学青年基金 (ZQ 2952 019) ?:周
6、琦(19632 ) , 女,湖南长沙人,副教授,硕士. 1 实验方法 1. 1? 采用6种不同管线钢,其化学成分见表1. 1. 2? 试样截取、 制备按GB 865088规定制取6. 试样形状如图1所示,氢致开裂实验按NACE Stan2 dard TM028487 Item No. 53050标准进行.即在 一密闭容器中将不受力的试样放置于常温 (25 3 )、 常压、 含饱和硫化氢的NACE溶液中(NACE 溶液为5 %NaCl + 0. 5 %CH3COOH ,H2S气体通入 至饱和 ) , 溶液体积与试样表面积的比不得小于5 mlcm - 2.试验规定进行 96 h ,时间从通H2S气
7、体1 h后开始计算,在完成规定实验时间后,取出试样. 根据试样所产生的裂纹数量、 长度及宽度评定其氢 致开裂的敏感性.实验条件如表2所示. 第28卷第2期 2002年6月 甘 肃 工 业 大 学 学 报 Journal of Gansu University of Technology Vol. 28No. 2 Jun. 2002 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表1 材料化学成分的质量分数(w)% 试样 成分 CSiMnPSTiMoNbCu A武钢X600. 070. 261. 1
8、40. 0160. 0060. 010-0. 040. 03 B宝钢X600. 070. 271. 290. 0110. 0050. 030-0. 04- C武钢J550. 080. 161. 800. 0200. 0050. 002-0. 09 D住友X600. 090. 151. 190. 0280. 003-0. 0230. 011- E宝钢X700. 080. 361. 500. 0140. 003-0. 048- F宝钢X650. 030. 201. 500. 0260. 006-0. 0150. 046- 表2 HIC实验条件 时间/ h温度/H2S浓度溶液比液量/ (mlcm-
9、2)pH值应力 96253饱和NACE53. 5无 1 检查面 t 板厚 图1 试样尺寸与检查面 按标准所规定的位置经金相抛光后观察断面的 裂纹情况,并用有刻度的金相显微镜测量裂纹的长 度、 宽度,如图2所示. 图2 裂纹长度与宽度测量图 用裂纹敏感率(Crack Sensitivity Ratio)、 裂纹长 度率(Crack Length Ratio)和裂纹宽度率(Crack Thickness Ratio)来表征它的开裂敏感性,公式为 CSR= ( ab) w T 100 % CLR= a w 100 % CTR= b T 100 % 2 实验结果 2. 1? 实验结果见表3. 一般认为
10、CLR15 % ,CTR3 %5 % ,CSR 1. 5 %2. 0 %时,材料对HIC不敏感7 ,8.分析表3 发现:A ,B ,D材料对HIC不敏感,而C ,E ,F材料对 HIC敏感且试样裂纹长度率(CLR)均较大. 2. 2?HIC 通过金相显微镜观察试样横断面,在6种材料 表3 氢致裂纹试样的实验结果 试样断面CSR/ %CLR/ %CTR/ % A A100. 420 A2000 A300. 330 平均值00. 250 B B100. 210 B2000 B300. 210 平均值00. 140 C C10. 7030. 116. 81 C20. 3535. 786. 29 C3
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- 管线 带状 组织 开裂
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