X70管線鋼的硫化氫腐蝕疲勞行為研究.pdf

1、西氣東輸工程是國家重大的生命線工程。為了研究西氣東輸用鋼X70管線鋼在硫化氫環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕性能和腐蝕疲勞行為,本文用X射線法測(cè)定了X70管線鋼板和試樣的焊接殘余應(yīng)力,對(duì)其殘余應(yīng)力水平給出工程實(shí)際評(píng)價(jià)。采用螺栓加載法,用改進(jìn)型WOL試樣,測(cè)定了X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在飽和濃度硫化氫環(huán)境中臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC。將疲勞可靠性試驗(yàn)理論中的升降法引入到裂紋擴(kuò)展門檻值的試驗(yàn)測(cè)定中,實(shí)現(xiàn)了H2S惡劣環(huán)境中的低周腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值的測(cè)定

2、,且在一定程度上可節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間,降低了傳統(tǒng)試驗(yàn)方法對(duì)裂紋擴(kuò)展量的精確測(cè)量要求,利用單個(gè)試件即可較精確測(cè)得裂紋擴(kuò)展門檻值。另外,對(duì)X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在空氣和飽和H2S環(huán)境、固定加載頻率、不同應(yīng)力比條件下進(jìn)行了腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),用Paris公式得出了X70鋼在不同試驗(yàn)條件下的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式,并按斷裂力學(xué)觀點(diǎn),以KISCC為界,將H2S環(huán)境中數(shù)據(jù)按兩段式進(jìn)行了Paris擬和。結(jié)果表明： ①相同試驗(yàn)條件下,X

3、70管線鋼熱影響區(qū)的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率比母材略大。 ②在H2S腐蝕環(huán)境中,X70管線鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率大大提高。在相同試驗(yàn)條件下(加載頻率f=0.01Hz,應(yīng)力比R=0.7),H2S腐蝕環(huán)境中的裂紋擴(kuò)展速率是空氣中的36倍左右。 ③隨著應(yīng)力比的增加,X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在H2S溶液中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率也相應(yīng)增大。 利用掃描電鏡對(duì)應(yīng)力腐蝕試樣和腐蝕疲勞試樣斷口形貌進(jìn)行了觀察,結(jié)合不同的試驗(yàn)條件對(duì)各試樣斷口

4、特征進(jìn)行了比較。在H2S環(huán)境中,低周腐蝕疲勞的斷裂形式屬于脆性斷裂,在腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)展過程中,應(yīng)力起著主導(dǎo)作用,斷口形貌的腐蝕坑和大量的二次裂紋都是在裂紋張開后,斷面暴露在H2S溶液中被腐蝕所致,H2S腐蝕加速了裂紋的擴(kuò)展。 本課題根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,應(yīng)用新型腐蝕疲勞試驗(yàn)機(jī),對(duì)實(shí)驗(yàn)室原有的腐蝕疲勞實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改造,自行設(shè)計(jì)了測(cè)定疲勞裂紋擴(kuò)展速率的試驗(yàn)裝置。自制引伸計(jì)解決了引伸計(jì)在硫化氫環(huán)境中密封的問題,克服了在惡劣硫化氫腐蝕環(huán)境中