不同应力三轴度下电化学充氢对X80管线钢性能影响

采用缺口圆棒拉伸试验、电化学充氢和扫描电镜观察等方法研究了不同应力三轴度下氢对X80管线钢性能影响。结果表明,对于初始应力三轴度相同的X80管线钢,电化学充氢降低了材料的缺口试样抗拉强度和断面收缩率,同时随着充氢时间延长,强度和断面收缩率降低越明显。缺口拉伸试样初始应力三轴度由1.02升高为1.25,材料的缺口试样抗拉强度和断面收缩率降低,当充氢8 h,材料抗拉强度降低幅度由1.3%升高至5.5%;充氢24 h条件下,材料抗拉强度降低幅度随应力三轴度升高,由6.6%升高至9.9%。同时随着应力三轴度不断升高,材料缺口位置应力集中程度越高,氢更容易在材料表面和内部扩散聚集,造成不可逆氢损伤,因而材料的抗拉强度降幅增大。

电化学充氢在管线钢抗氢脆研究中的进展

氢具有能量转化率高、无污染、可再生等优点,是21世纪极具潜力的二次能源。低合金、高强度管线钢材料在氢气管道输送环节表现出优异的性能和巨大的应用潜力。本文介绍了电化学充氢装置、原理和影响因素,讨论了电化学充氢优势和应用潜力,重点总结了以X70和X80为代表的管线钢在抗氢脆研究中应用的进展。

电化学充氢下2.25Cr1Mo0.25V钢氢脆敏感性研究

针对制造加氢反应器的主要材料2.25Cr1Mo0.25V钢易发生氢脆的问题,重点研究了材料氢脆发生机制,以了解该材料的氢脆敏感性。利用电化学氢渗透测试技术,通过施加阴极恒电流,使氢原子渗透进入钢中,揭示了不同环境中的氢扩散特性,同时通过结合氢渗透技术和慢速率拉伸试验方法研究了钢材的氢脆敏感性。渗氢试验结果表明:随着电化学充氢电流密度的增大以及试样厚度的减小,氢扩散系数均逐渐增大;充氢温度的倒数1/T和氢扩散系数的自然对数之间存在线性关系。慢速率拉伸试验的结果表明:随着充氢电流密度的增大,钢的断裂强度、延伸率和断面收缩减小而氢脆指数增大。当充氢电流密度超过2.5×10^(-3) A/cm^2时,钢材表现出明显的氢脆。该试验结果可为加氢反应器材料性能评价提供理论依据。

N80管线钢电化学充氢后的力学行为研究

采用静态电化学充氢,研究了N80管线钢在不同充氢时间和充氢电流密度下的可扩散氢含量,分析了充氢后力学性能的变化,确定了充氢饱和时间和氢脆指数,并用扫描电镜对其断口形貌进行分析。研究表明:静态充氢后,N80材料的氢脆指数为0.662,充氢饱和时间为60 h;断面收缩率、断后伸长率、抗拉强度和屈服强度均减小;断口韧窝变小、变浅,数量减少;扩散氢含量随充氢时间和电流密度的增大而增加。

X70管线钢电化学充氢后的力学行为研究

应用拉伸试验和慢拉伸试验 ,研究X70管线钢电化学充氢后材料拉伸性能的变化 .结果表明 :电化学充氢对X70管线钢的强度没有显著的影响 ,主要降低了材料的塑性 ,从而降低了材料的断裂延性和断裂强度 .在静态电化学充氢条件下 ,材料的塑性随充氢时间的增加 ,依次降低 .在慢拉伸条件下 ,动态电化学充氢显著降低材料的塑性 .断口分析表明 :静态电化学充氢后的断口以韧窝为主要特征 ,但韧窝直径变小 ;慢拉伸的动态电化学充氢断口出现准解理断裂 .

研究电化学充氢过程中X70钢氢吸收的新方法

提出了一种测定管道钢阴极充氢或阴极保护过程中氢吸收的新方法.将阴极预充氢试样在稀NaOH溶液中恒电位阳极极化,测量了试样中吸收氢的脱附(氧化)电流随时间的变化曲线.利用该曲线分析吸收氢的量,并建立其与预充氢电流密度、充氢时间及充氢溶液pH间的关系,探索用于评价X70管道钢对阴极充氢敏感性的指标.结果表明,在双对数坐标中试样中的氢浓度分别是预充氢电流密度和时间的单增函数.降低充氢溶液pH可大大提高X70钢的氢吸收量.

高强度管线钢电化学充氢行为

通过对X70、X80高强度管线钢在0.5 mol/L H2SO4溶液中进行电化学充氢,应用排油集气法研究了氢在这两种钢中的扩散行为。结果表明,在一定的充氢电流密度下管线钢吸收氢存在一个稳定的扩散氢浓度,该氢浓度与充氢电流密度的平方根呈线性关系。管线钢吸收可扩散氢的浓度随钢的强度提高而升高。

X80管线钢电化学充氢后的断裂特性研究

采用3点弯曲试样,研究了X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中,经不同电流密度充氢后的断裂特性。结果表明:X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中充氢时,材料中可扩散氢的质量分数随电流密度增大而增加。以小于12.5mA/cm2的电流密度充氢时,X80管线钢的断裂韧性随电流密度的增大而增加,当电流密度大于该值时,材料的断裂韧性随电流密度增加呈下降趋势。断口分析表明:电化学充氢试件断口仍以韧窝为主要特征,但与未充氢试件相比,韧窝的尺寸变小、变浅,且数量增多,韧窝的分布也接近均匀。

应用串联电化学充氢方法研究氢及应力对2.25Cr-1Mo钢回火脆化的影响

开发了一种串联电化学充氢方法,可以一次性有效地对试样进行充氢,新充氢方法有效解决了以往电化学充氢方法中试样的氢含量不均匀问题;将放入加氢反应器中运行了10万h的2.25Cr-1Mo钢块脱脆后,再在468℃脆化200h,制备了四种状态的脆化试样,即200h回火脆化、应力作用下200h回火脆化、200h回火脆化后充氢以及应力作用下200h回火脆化后充氢试样,并对四种状态试样分别进行冲击试验、俄歇电子能谱分析。结果表明:应力减弱了2.25Cr-1Mo合金钢的回火脆化程度,充氢大大加速了其脆化程度;其原因是磷原子偏析造成的。

电化学充氢条件下管线钢焊接接头对氢的吸收能力分析

采用电化学的方法研究X65管线钢母材及其高频电阻焊(high-frequency welding-HFW)焊缝对电化学充氢的吸收能力.结果表明,随着充氢时间的增加,母材和焊缝中的扩散氢的含量有着一样的变化趋势,先升高然后降低达到稳定值,但是焊缝中的扩散氢含量最高值4.11×10^(-5)mol/cm^3、稳定值2.96×10^(-5)mol/cm^3均高于母材的4.02×10^(-5)mol/cm^3和2.78×10~(^(-5))mol/cm^3,所以焊缝对电化学充氢有着更高的敏感性.这是因为材料的晶粒尺寸和晶界面积对氢在其中的扩散吸收有着极其重要的作用,同时,相比于X65管线钢母材,焊缝中珠光体与铁素体的显微硬度差值更大,这为氢提供了有效的扩散路径.

TP80CQJ材料电化学充氢后力学性能研究

采用静态电化学充氢,研究不同时间和不同电流条件下TP80CQJ管线钢材的可扩散氢含量。分析了充氢后材料的力学性能,确定了材料的充氢饱和时间和氢脆指数。并用扫描电镜分析了其断口形貌。结果表明：TP80CQJ材料的充氢饱和时间为60 h,氢脆指数为0.681。充氢后材料的拉伸断口出现韧窝、准解理以及解理断口。

四种管线钢在电化学充氢状态下的特性

石油、天然气管道输送多采用高压输送方式。输送管线在服役过程中,因腐蚀、阴极保护和输送的石油、天然气中含有少量的H2S等环境因素,氢不可避免地会渗入管线材料内,产生氢损伤氢脆,导致材料性能降低。文章通过动态电化学实验对四种材料充氢条件下氢含量、抗拉强度、断面收缩率、延伸率以及相应的材料断口形貌进行了分析。结果表明:四种材料中,Q 2 3 5钢的强度低,而N 8 0和P 11 0钢的强度高;当慢应变速率为1 0-6/s时,Q 2 3 5、T P 8 0 C Q J、N80和P110钢表现出不同的硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)敏感性;同时发现四种材料断裂的微观机制以解理小平面断裂为主要特征,当应变速率降低时,解理平面的面积增大,并出现明显的二次裂纹。

电化学充氢对X80管线钢在鹰潭土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响

采用电化学技术、慢应变速率拉伸实验和扫描电镜(SEM)对电化学充氢后的X80管线钢在鹰潭土壤模拟溶液中的应力腐蚀行为进行了研究。结果表明:X80管线钢静态充氢后在鹰潭土壤模拟溶液中具有较高的应力腐蚀(SCC)敏感性,其断口模式为穿晶断裂;随着电化学充氢时间的延长,氢致塑性损失不断增加,拉伸断口由韧窝状韧性断口向脆性解理断口发展,SCC敏感性增大;电化学充氢促进了点蚀坑的萌生,点蚀坑和第二相夹杂是SCC裂纹萌生的重要原因。

5Cr油管电化学充氢后的力学行为

通过拉伸实验研究电化学充氢对5Cr油管钢拉伸性能的影响表明:随充氢时间和充氢电流密度的增加,5Cr油管的强度和塑性有所减小。用扫描电镜(SEM)观察断口发现其形貌以韧窝为主要特征,与未充氢试件相比,充氢试样拉伸断裂后韧窝尺寸变小、变浅,数量增多,这说明材料的塑性损失增大。充氢到一定值后材料由韧性断裂转变为脆性断裂。

电化学充氢对Cr15铁素体不锈钢和304奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响

研究了充氢时间、充氢电流密度、晶体结构对不锈钢氢脆敏感性的影响。结果表明:对于铁素体不锈钢,随着充氢时间的延长、电流密度的增大,塑性显著降低,氢脆敏感性大幅度增加;通过SEM观察实验钢断口形貌,断裂类型由韧性断裂转变为脆性断裂。而相同条件下,奥氏体不锈钢氢脆敏感性较低,抗氢脆性能较好。充氢后实验钢表面存在大量H,且氢含量随试样深度逐渐降低,晶界可能作为氢陷阱影响实验钢的氢脆敏感性。

基于声发射的电化学充氢时间对X100管线钢力学性能和断裂韧度的影响

X100在海洋石油领域具有广泛应用前景,服役过程中不可避免受到氢的影响。以API X100管线钢为研究对象,通过电化学试验和声发射监测等试验方法,研究不同电化学充氢时间对管线钢力学性能和断裂韧度的影响;结合微观形貌,探究充氢时间与X100管线钢作用机理。结果表明:管线钢本身具有良好的强韧性,电化学引入氢后,材料的屈服强度和抗拉都会降低,且随着充氢时间的增加,性能恶化加剧。充氢后,材料性能的恶化,主要归因于引入的氢会扩散到材料的应力集中缺陷处,与缺陷处组织发生交互,最终导致材料性能变化。研究结果可为高强钢服役时的性能劣化预测及开裂监控提供依据。

不同电化学充氢状态下X70和X80管线钢的断裂特性

X70、X80高级管线钢主要用于油气田管道,如果长期在常温高压(压力最高可达25 MPa)的氢环境中使用,极有可能会出现氢脆现象,进而引发脆性破坏事故。本文通过对X70、X80两种管线钢的静态和动态电化学充氢试验,对两种管线钢在不同充氢状态下的氢含量等进行了分析,并详细讨论了其断口形貌。

电化学充氢条件下氢对X80级管线钢力学性能的影响

应用慢应变速率拉伸试验和扫描电镜(SEM),研究了X80管线钢电化学充氢后的力学性能和断口形貌变化。结果表明:随着充氢电流密度的增大,X80钢中的可扩散氢含量增加,造成伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量不断减少,拉伸断口的韧窝变小、变浅,而空洞会增大、增多,空洞边缘出现准解理形貌;电流密度低于5 m A/cm2时,X80钢表面以及其冲击断口无裂纹;电流密度增加至5 m A/cm2以后开始出现裂纹,并且随着电流密度的增加,裂纹开始增大、增多;当电流密度为10 m A/cm2时,冲击断口中出现准解理形貌。

金属体系中氢进入及破坏过程的电化学方法研究

综述了研究氢进入和破坏金属体系的电化学方法及过程 ,对金属材料中有或无氢陷阱时的氢渗透研究进行了分析和总结 ,讨论了金属材料中电化学方法产生的氢进入及破坏过程及动力学 .

氢对X80钢在土壤模拟溶液中电化学行为的影响

在不同的充氢电流密度和充氢时间下对X80钢进行电化学充氢。测量了不同充氢条件下X80钢在鹰潭土壤模拟溶液中的极化电阻和腐蚀速率。结果表明,随着充氢电流密度由1mA/cm2增加至20mA/cm2,X80钢的自腐蚀电位负移,电荷转移电阻Rt由1 176Ω.cm2降至909Ω.cm2,双电层电容由0.000 16μF/cm2增加至0.001 7μF/cm2,腐蚀电流密度从3.322mA/cm2增加至6.880mA/cm2。当充氢时间由1h增加至5h,电荷转移电阻Rt由1 522Ω.cm2降至749Ω.cm2,双电层电容由0.000 14μF/cm2增加至0.00 75μF/cm2,腐蚀电流密度从2.91mA/cm2增加至5.01mA/cm2。以上表明,电化学充氢使X80钢表面的薄弱点的阳极溶解率和金属离子的浓度高增加。氢加速阳极溶解,最终的结果是发生较高的腐蚀敏感性。