Relationship between Critical Hydrogen Concentration and Applied Stress for Hydrogen Induced Cracking in 0.2 wt—%C Annealed Plain Steel

1.IntroductionSo far there are few people who studythe relationship between the criticalhydrogen concentration and the stress forhvdrogen induced cracking (CCHIC)quantitatively.Several researchers have cal-culated the CCHIC of steels under no stressby means of H permeation method,but no

高强钢应力腐蚀门槛值随强度的变化规律

恒位移试样测量表明，４０ＣｒＭｏ钢在３．５％ＮａＣｌ水溶液中应力腐蚀（ＳＣＣ）门槛应力强度因子ＫＩＳＣＣ随屈服强度σｓ指数下降、即ＫＩＳＣＣ＝１．３８×１０６ｅｘｐ（－８．２６×１０－３σｓ）．动态充氢时氢致开裂（ＨＩＣ）门槛应力强度因子ＫＩＨ随试样中可扩散氢浓度Ｃ０（１０－６）的对数而线性下降，即ＫＩＨ＝３１．１－９．１１ｎＣ０． ＳＣＣ时也遵循这个规律．发生ＨＩＣ型ＳＣＣ的临界氢浓度Ｃｔｈ随σｓ指数下降，从而可导出ＫＩＳＣＣ＝ａｋ１ｅｘｐ（－ｋ２σｓ）；其中ａ＝３ＲＴ ／２（１＋ν）ＶＨ，ＲＴ是热能，ρ是裂纹止裂时的曲率半径，ＶＨ是氢在钢中的偏摩尔体积，ν为Ｐｏｉｓｓｉｏｎ比，ｋ１和ｋ２则是和成分及组织有关的常数．

L245钢在气田模拟水溶液中的氢渗透行为研究

采用Devnathan-Stachurski双电解池技术,在饱和硫化氢的气田模拟水溶液中,测定了不同条件下L245钢的扩散系数(D)和可扩散原子氢浓度(C_0),研究了缓蚀剂CT2-19对原子氢渗透的影响。结果表明,在试验条件下,L245钢可扩散原子氢浓度(C_0)与充氢电流(I)呈线性关系,即C_0=0.63+0.12I;缓蚀剂CT2-19在试验浓度下对L245钢原子氢渗透有明显的抑制作用。

SPV50Q高强钢焊接接头在湿H_2S环境下的开裂敏感性研究

具有较高强度和良好韧性的SPV50Q钢常用于制造液化石油气(liquefiedpetroleumgas,LPG)球罐,球罐通过焊接制造后一般不经过焊后热处理,因此在焊接接头处将有焊接残余应力存在。服役经历和现场检测表明,较高H2S浓度和焊接残余应力将会导致材料产生环境失效如氢鼓泡(hydrogenblistering,HB)或氢致开裂(hydrogen-inducedcracking,HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(sulfidestresscorrosioncracking,SSCC)以及应力诱导氢致开裂(stress-orientedhydrogeninducedcracking,SOHIC)。文中通过1×10-6s-1的慢应变速率拉伸试验,对手工电弧焊焊接的SPV50Q焊接接头在不同浓度H2S水溶液中的开裂敏感性以及开裂特征进行研究。试验结果表明,SSCC和HIC发生在靠近焊接接头热影响区的母材上,不同温度下的焊后热处理将降低材料的应力腐蚀开裂敏感性,实施正确焊后热处理可提高SPV50Q焊接接头抵抗SSCC或HIC能力,而不降低钢的力学性能尤其是韧性。

环境诱导氢致断裂的过载效应

在连续充氢条件下，就４２ＣｒＭｏ／０．５ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４体系短时过载对氢致断裂寿命的影响进行了研究。实验结果表明：（１）在材料服役的早期加入短时过载将使氢致断裂寿命延长，（２）在材料服役的后期加入短时过载则会缩短氢致断裂寿命。文中从过载引起残余压应力、位错屏蔽效应和过载损伤等方面进行了分析与讨论。

21/4Cr-1 Mo-V钢抗氢致开裂性能的研究

将传统的电解充氢装置加以改进 ,并以改进的充氢装置对 2 1/ 4Cr 1Mo V钢进行氢致开裂试验。通过改变各种充氢参数进行氢致开裂试验 。

超高强度钢CF裂纹扩展的超载效应 Ⅰ．定量模型及预测

将Ｗｉｌｌｅｎｂｏｒｇ的超载残余应力场模型与裂尖形变动力学、裂尖表面析氢反应电化学动力学以及裂尖材料内部氢的扩散动力学和热力学相结合，建立了氢脆腐蚀疲劳裂纹扩展（ＣＦＣＧ）超载效应的定量描述模型，给出了超载对裂尖表面析氢电化学反应及裂尖氢扩展影响的一系列判据和表达式．用上述模型进行的预测表明，对于超高强度钢，当两次超载周次之间裂纹扩展长度ａｄ远小于超载塑性区尺寸ｒｐＯＬ与恒载塑性区尺寸ｒｐＣＬＡ之差，即ａｄ＜＜ｒｐＯＬ－ｒｐＣＬＡ时，ＣＦＣＧ会发生比空气疲劳还强烈的超载迟滞效应．而当ａｄ＞ｒｐＯＬ－ｒｐＣＬＡ时，可能会发生超载加速效应．这种预测在后文中由试验的宏观规律与断口特征得到充分验证．

金属内氢扩散过程的边界元分析

本文采用边界元素法。对金属内氢的扩散过程进行了分析与计算,给出了裂尖附近氢的聚集过程及氢浓度分布随时间变化的定量关系,结果表明,裂尖塑性区内氢浓度随扩散时间的增加而升高,在一定时间范围内,裂纹前缘氢浓度会出现多峰值现象,随着时间推移,塑性区内会出现氢的高度浓集,这是导致金属材料氢脆破坏的根源所在。文中还与有关的试验现象和结果进行了比较与讨论。进一步探讨了金属的氢脆裂纹扩展机制。

大锻件微孔隙氢致内力耦合作用对裂纹扩展的影响

基于大锻件氢压理论,从断裂力学角度出发,建立了微裂纹与微孔隙耦合作用的力学判据,采用有限元法分析了不同情况下微孔隙的耦合作用对微裂纹断裂参量的影响。分析结果表明,微裂纹的扩展受微孔隙氢压应力场的影响十分明显,其效果和强度与微孔隙的尺寸和位置有关,在相同的尺寸下孔洞类微孔隙对微裂纹扩展影响最大。分析结论为大锻件内部裂纹扩展研究提供了理论基础。

环境诱导氢致断裂的非比例过载效应

研究连续充氢条件下短时非比例过载对４２ＣｒＭｏ钢／０．５ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４体系氢致断裂（ＨＩＦ）寿命的影响。结果表明：短时非比例过载对于ＨＩＦ的影响较之比例过载更为严重。究其原因，从非比例过载引起裂纹偏折、残余压应力、位错屏蔽和过载损伤等方面进行了分析与讨论。

20钢氢致开裂临界浓度与应力的关系

本文介绍了利用Devanathan氢渗透法计算临界氢浓度的理论模型,结合调质20钢,测定了在不同应力作用下,试件沿氢渗透方向上的氢浓度分布和氢致断裂造成的裂纹萌生(主要沿MnS夹杂界面)时的临界氢浓度值,并对相关问题进行了简单的讨论。

42CrMo钢氢致开裂行为过载效应研究

氢致开裂(HIC)是一种工程中常见的零部件失效方式。本文针对工程常用材料42CrMo钢,就短时过载对氢致开裂行为的影响展开了研究,并就试验结果进行了理论阐述。

API X52管线钢在饱和硫化氢气田水溶液中的氢渗透与氢致开裂行为

天然气输送管道氢致开裂问题日益突出,而API X52管线钢在气田模拟水溶液中氢渗透和氢致开裂的研究较少。模拟了饱和硫化氢某气田水溶液,采用电化学和恒载荷拉伸试验方法,测定了API X52管线钢在不同充氢电流密度下的氢扩散系数、可扩散氢浓度(ω0)及管线钢氢致开裂临界可扩散氢浓度(ωHIC)。结果表明:API X52管线钢可扩散氢浓度(ω0)与充氢电流密度呈线性关系,即ω0=0.99+0.07J;其恒载荷下开裂临界可扩散氢浓度的对数值(lnωHIC)随拉应力(σ)呈线性下降,即σ=475-450lnωHIC。

高含硫管道氢致开裂的分形效应及扩展速率计算

氢致开裂是高含硫气田集输管网、长输管网管线钢失效的主要模式之一,为明确管道氢致开裂的机理与过程,对其开裂模式进行了研究。对氢质量浓度在金属裂尖扩展过程中的变化规律进行分析,考虑分形效应的影响,对氢致裂纹的动力学模型进行修正,提出了氢致裂纹扩展的直裂纹-剪切带分形模型:在Gerberich对氢致开裂研究的基础上,基于裂尖的氢化作用与裂纹扩展过程中存在的耦合因素,将断裂过程区的形状与裂纹的扩展长度进行结合,构建了氢致开裂裂纹扩展各阶段分形速率的表达式,得到了更为合理的基于分形效应的氢致开裂数学模型。以材质为16Mn和20钢的天然气管道为例,分别计算了母材与焊缝处的氢致裂纹扩展速率,对比得出两种材料抗H2S的性能,研究结果对于高含硫管道材料的选择具有一定指导意义。