基本信息
- 项目名称：
- X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中SCC行为研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文采用电化学交流阻抗和慢应变速率实验研究了X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中的应力腐蚀开裂（SCC）行为，并用光学显微镜对母材和焊缝的微观结构进行了观察。结果表明，随着溶液中CO2分压的增加，X80钢及其焊缝的阳极溶解增加，并导致SCC敏感性增加。X80钢的SCC机理是阳极溶解和氢脆的混合机制，其中氢脆起主导作用。焊缝具有较高SCC敏感性，这归因于冶金相变、局部硬化和残余应力。
- 详细介绍：
- （1）选题创新：随着油气能源在国民经济中的地位和意义的不断升高，X80必将得到广泛应用。对X80钢油气管线的安全性研究具有重大意义。开展管线钢在土壤中的SCC行为规律研究是建立管线安全评估体系和维护措施的重要组成部分和必备基础。因此，研究X80钢及其焊接接头在我国典型腐蚀性土壤环境下的应力腐蚀行为与腐蚀机理，不但能弥补我国这方面应用基础研究的空白，为X80钢油气管线的安全使用和评估提供理论基础和数据支持。 （2）方法创新：本文用光学显微镜对母材和焊缝的微观结构进行了观察，采用电化学交流阻抗和慢应变速率实验研究了X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中不同CO2分压分压下的应力腐蚀开裂（SCC）行为，并对断口形貌进行了SEM观察。 （3）研究结果：结果表明， 焊缝的显微组织包括针状铁素体和晶界铁素体，而热影响区的组织是针状铁素体和贝氏体铁素体的混合结构。母材的显微组织是由铁素体和珠光体组成。随着溶液中CO2分压的增加，X80钢及其焊缝的阳极溶解增加，并导致SCC敏感性增加。X80钢的SCC机理是阳极溶解和氢脆的混合机制，其中氢脆起主导作用。焊缝具有较高SCC敏感性，这归因于冶金相变、局部硬化和残余应力。 （4）研究价值：首次提出韧性材料由于裂纹呈多点萌生，并在扩展过程中被吸收，脆性材料单裂纹导致断裂的论据
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 随着石油天然气需求量的增加由于管线强度大幅提高，其在土壤环境中的应力腐蚀开裂（SCC）敏感性大大增加，SCC失效隐患可能会逐渐显现，这是管道长期安全运行的潜在危险本工作的目的是对X80钢焊缝和母材在库尔勒土壤模拟溶液中不同CO2分压的SCC行为进行研究。 基本思路：利用电化学极化技术、结合常规应力腐蚀研究方法，研究X80钢在酸性土壤介质中的应力腐蚀敏感性及其机制随CO2分压变化的规律。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：该体系经过严密构思，精确实验，对环境中CO2分压对管线钢SCC行为的影响进行深入分析，为管线钢土壤环境应力腐蚀机理研究、应力腐蚀敏感性快速评价、土壤腐蚀性程度的快速评价等方面提供理论支持。 先进性：国内目前虽然已经实现X80钢的实际应用，但对其应力腐蚀性能研究的还很少。 作品的独特之处在于首次提出韧性材料由于裂纹呈多点萌生，并在扩展过程中被吸收，脆性材料单裂纹导致断裂的论据。
应用价值和现实意义
- 随着油气能源在国民经济中的地位和意义的不断升高，X80必将得到广泛应用。对X80钢油气管线的安全性研究具有重大意义。开展管线钢在土壤中的SCC行为规律研究是建立管线安全评估体系和维护措施的重要组成部分和必备基础。因此，研究X80钢及其焊接接头在我国典型腐蚀性土壤环境下的应力腐蚀行为与腐蚀机理，不但能弥补我国这方面应用基础研究的空白，为X80钢油气管线的安全使用和评估提供理论基础和数据支持，
学术论文摘要
- 随着石油天然气需求量的增加，油气管道输送技术已广泛采用高钢级管线钢。由于管线强度大幅提高，其在土壤环境中的应力腐蚀开裂（SCC）敏感性大大增加，SCC失效隐患可能会逐渐显现，这是管道长期安全运行的潜在危险。SCC由于具有突发性并带来巨大的经济损失、人员伤亡和自然环境的破坏，后果极其严重，因此管线钢的SCC开裂机理研究一直是世界性研究热点。本课题将对X80钢在我国典型土壤环境中的应力腐蚀行为及机制展开研究。采用电化学交流阻抗和慢应变速率实验研究了X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中的应力腐蚀开裂（SCC）行为，并用光学显微镜对母材和焊缝的微观结构进行了观察。结果表明， 焊缝的显微组织包括针状铁素体和晶界铁素体，而热影响区的组织是针状铁素体和贝氏体铁素体的混合结构。母材的显微组织是由铁素体和珠光体组成。随着溶液中CO2分压的增加，X80钢及其焊缝的阳极溶解增加，并导致SCC敏感性增加。X80钢的SCC机理是阳极溶解和氢脆的混合机制，其中氢脆起主导作用。焊缝具有较高SCC敏感性，这归因于冶金相变、局部硬化和残余应力。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 许淳淳,池琳,胡钢.X70管线钢在CO32-/HCO3-溶液中的电化学行为研究.腐蚀科学与防护技术, 2004,16(5):268 [2] 杨武. 埋地油气管线应力腐蚀破裂研究的一些新进展.腐蚀与防护, 2003, (11):461 [3] 李明星, 闰凤霞 ,路民旭. X70管线钢在模拟土壤介质中的裂纹扩展行为研究. 机械强度, 2004, 26(3):313 [4] 郭浩, 李光福, 蔡珣, 等. 外加电位对X70管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀破裂的影响. 中国腐蚀与防护学报, 2004, 24(4):8 [5] 刘杏, 杨武. 天然气长输管线应力腐蚀破裂的敏感环境条件. 机械工程材料, 2002, 26(1):5 [6] 陈旭，吴明，何川，肖军. 外加电位X80钢及其焊缝在库尔勒土壤模拟溶液中SCC行为的影响. 金属学报，2010, 46(8):951
同类课题研究水平概述
- 与低级别管线钢相比，X80钢具有更高的强度和低温韧性，能够提高管线的输送能力和适应更苛刻的气候条件。高钢级钢管壁厚通常较薄，对于凹坑和裂纹的容忍能力较弱，更易于导致SCC裂纹的扩展导致破坏。焊缝区是X80钢最薄弱环节之一，存在严重的脆化区和组织劣化现象，这些都大大降低了抗腐蚀破坏的能力。 实践都证明管线钢的土壤环境SCC腐蚀能够对管线的安全运营造成严重的危害。加拿大11家管道公司1985～1995年间的统计结果表明，由腐蚀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。 油气管线的土壤环境是力学环境、管线外部的化学及电化学环境和物理环境的综合作用的总和，这些环境因素能够对管线钢构成各种腐蚀。所以研究X80钢及其焊缝裸材在土壤中的SCC性能具有重大意义。我国共有四十多种土壤，对西气东输管线的风险评估研究表明，穿越盐渍土地区的管线，由于土壤的强腐蚀性影响，管线具有巨大的风险。虽然调查显示我国尚未发生过土壤环境SCC，但这主要时由于我国目前的运行管线的运行压力都很低导致的。在高级别管线钢有气管线中，运行压力提高，上述土壤环境极具形成SCC环境的可能。因此开展针对我国实际土壤环境的相关研究非常必要。 加拿大的管线腐蚀损伤和安全评估体系是世界领先的，已经形成了一定的规模。国外的实践和研究表明，高强管线钢在土壤环境中最具有破坏力的形式是应力腐蚀破裂(SCC)。研究表明，焊接接头的耐腐蚀性能较差。焊缝SCC的研究表明，在母材与腐蚀环境组成的腐蚀体系确定后，焊接材料的合金组成及含量是决定焊缝成分、组织和性能的重要影响因素。 国内目前虽然已经实现X80钢的实际应用，但目前研究多集中在性能的优化和改进，对其应力腐蚀性能研究的还很少。对X70钢的研究发现，在近中性值pH环境中，焊缝金属和热影响区(HAZ)是发生SCC的敏感部位，而且HAZ的焊接残余应力和组织脆化是导致HAZ的SCC的主要原因。由于焊接接头区域电化学腐蚀特性的不同以及焊接接头的不均匀性，尤其是与焊接工艺有很大关系的焊接残余应力，会导致管线钢焊接接头的SCC行为高于母材；减小焊接残余应力，可以提高焊接结构的抗SCC能力；此外，焊接热影响区中的硬化、粗晶不均匀组织都会增大SCC的敏感性。因此，加强高强管线钢土壤环境SCC研究，是我国油气管道运输发展的必然要求和必要保障。
