深冷处理对X52管线钢耐磨性与耐腐蚀性的影响

目的提高X52管线钢基体的耐磨性能与耐腐蚀性能,探究深冷处理对X52管线钢性能的影响机制。方法采用液体法的冷处理方式,对X52管线钢进行不同时间的深冷处理。采用显微硬度仪、超景深光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损仪器、万能拉伸机以及电化学工作站,分别观察或评价深冷处理后X52管线钢的显微组织、物相组成、硬度变化、拉伸性能、耐磨性与耐腐蚀性能。结果经过不同时间的深冷处理后,由于弥散碳化物的析出和晶粒细化,试件的显微硬度、抗拉强度和弹性模量均有所提高,但屈服强度变化不明显。当深冷处理时间为30 h时,其显微硬度达到最大值210.8HV0.2,比未深冷态190.3HV0.2提高了10.77%,当深冷处理时间为7 h时,其抗拉强度达到最大值600.7 MPa,比未深冷态574.7 MPa提高了4.05%。经过深冷处理,由于试件的晶粒得到了细化,组织成分更加均匀,试件的摩擦磨损性能得到提高,磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损的共同作用,其中磨粒磨损起着主要作用。极化曲线结果显示,深冷处理后的试件自腐蚀电位均正移,当深冷处理时间分别为11、30和55 h时,腐蚀电流密度由未深冷态的15.47×10^(−6)A/cm^(2)分别降低到1.781×10^(−6)、1.335×10^(−6)、1.257×10^(−6)A/cm^(2),数值降低了一个数量级,说明材料的耐腐蚀性能得到了提高。结论深冷处理可以有效改善X52管线钢的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能,在管道运输领域具有潜在的应用前景。

X52材质大口径钢制管道全位置自动焊应用总结

针对X52管线钢的全自动焊焊接接头,充分考虑双焊炬的相互影响以及施工环境的影响,对焊接工艺参数进行了调整和优化,通过拉伸试验、弯曲试验、刻槽锤断试验及硬度试验等机械性能试验验证了焊接工艺的可靠性,形成了焊接工艺评定;同时分析并解决了现场焊接中出现的问题,提炼总结了双焊炬自动焊焊接工艺参数优化的要点,形成了适用于X52管线钢的铜衬垫全自动焊工艺。对焊缝进行了金相分析和硬度试验,从微观上分析了焊缝金属组织结构的分布情况,发现X52管线钢焊缝、热影响区及母材硬度分布与对应区域金相组织中珠光体含量呈正相关,进一步验证了该焊接工艺条件下焊缝金属及热影响区金相组织的一致性。结果表明,铜衬垫全自动焊工艺适用于大口径钢制管道的焊接,采用该工艺可以明显提升焊接质量和焊接效率。

X52M螺旋缝埋弧焊钢管输氢关键技术研究

对输氢管道的国内外标准进行梳理,对比各类标准对输氢工况下管道选材的相关要求,对国内外输氢管道已建工程的管材选用情况进行整理,总结出X52及以下钢级在输氢管道中的适用性。对X52M卷板及螺旋缝埋弧焊管材进行了试制,并对标准卷板、试制卷板及试制螺旋缝埋弧焊管材开展了氢环境下的适用性评价,评价结果显示,X52M螺旋缝埋弧焊钢管在输氢管道上的应用是可行的,但需根据氢相容性要求,对化学元素、硬度、夹杂及晶粒度等性能提出更高的要求。对站场、站外输氢管道在不同地形地貌、管径、壁厚及组焊方式下的焊接方式适用性进行了总结,同时给出了氢环境下的特殊要求。

直流杂散电流与SRB耦合作用对X52航煤管线钢腐蚀行为的影响

针对杂散电流及硫酸盐还原菌(SRB)耦合对机坪管网腐蚀行为的复杂作用不明的问题,以X52管线钢为研究对象,采用电化学实验、扫描电镜(SEM)观察、 X射线能谱分析(EDS)等研究了不同直流干扰电压与SRB耦合作用对X52管线钢腐蚀行为的影响。结果表明:直流干扰电压超过5V时会对SRB的生长繁殖造成较大影响,且电压越大,SRB的“稳定期”越短,X52钢腐蚀速率越大。X52钢在含SRB的土壤中的腐蚀速率随直流干扰的电压增大而增大。此外,直流干扰电压的变化会导致X52钢的腐蚀形貌和腐蚀产物类型发生改变。

X52M掺氢管道用钢的研究与应用

为解决氢能规模化、低成本、长距离运输“卡脖子”难题,设计研发出X52M掺氢管道用热轧钢带,并实现工程应用。X52M掺氢管道用钢采用低C、低Mn加Nb、Ti合金化设计,极低P、S含量控制,采用高洁净度冶炼以及合理的控轧控冷工艺,钢带综合性能优良,且具有良好的低温韧性和抗氢脆性能。钢带尺寸精度高,表面质量好,制管后管体和焊缝的性能均符合要求,满足钢管使用要求。应用于西部天然气包头—临河输气管道,实现国内首条掺氢螺旋埋弧焊管管道工程应用。

超临界CO_(2)输送环境中O_(2)、SO_(2)和NO_(2)杂质对X52钢腐蚀行为的影响

通过腐蚀模拟试验、表面分析技术水化学模拟计算等方法,对比了在含O_(2)、SO_(2)或NO_(2)杂质超临界CO_(2)-H_(2)O环境中X52钢的腐蚀行为差异,探讨了杂质及其交互作用对X52钢腐蚀的影响机理。结果表明:在含0.02%(体积分数)O_(2)的超临界CO_(2)-H_(2)O环境中X52钢的腐蚀速率仅为0.007 mm/a,而在含0.02%SO_(2)或0.02%NO_(2)环境中X52钢的腐蚀速率均高于0.300 mm/a;当O_(2)与SO_(2)或NO_(2)共存时,二者交互作用促进腐蚀性物质H_(2)SO_(4)或HNO_(3)形成,进而促进X52钢的腐蚀速率提升;在含不同杂质的超临界CO_(2)-H_(2)O环境中X52钢的腐蚀和成膜反应过程主要由杂质控制,X52钢腐蚀程度不同的原因在于杂质及其反应产物对液相析出量及液相化学环境的影响程度存在差异。

X52MS管线钢氢致开裂行为研究

为了研究X52MS管线钢氢致开裂问题,通过金相组织和裂纹形貌观察、扫描电镜和能谱分析以及显微硬度分析,围绕钢板中扩散氢含量、显微组织和MnS夹杂物三个主要因素对HIC的影响进行了探讨。结果显示,X52MS管线钢自身的扩散氢含量相对较低,不足以引起氢致开裂;影响X52MS管线钢HIC行为的主要影响因素为显微组织状态,其中马氏体是氢致开裂最敏感的组织。通过对加硫钢46MnVS6在不同热处理状态下的HIC试验对比,发现淬火态试样显微组织中未回火马氏体更易于引起HIC,调质态试样显微组织中回火索氏体组织具备抗HIC能力。

轧后在线快冷生产热轧无缝管线钢管X52N实践

热机械控轧控冷(TMCP)技术一直在无缝钢管领域应用困难,结合无缝钢管工艺流程开发轧后控制冷却设备,通过工业实践采用轧后在线快冷生产X52N无缝管线钢管,同时对其理化性能、组织进行了研究。实践表明,采用C-Mn钢生产无需加入成本高昂的合金元素,通过轧后在线快冷调控材料的微观组织,保证材料的各项力学性能满足标准要求,无需后续离线热处理,满足长距输送管线钢管X52N的理化性能要求,实现低成本、短流程、经济性生产。

X52钢的CO_2腐蚀行为

通过扫描电镜观察及X射线衍射分析 ,研究X5 2钢在模拟输送管腐蚀环境条件下的腐蚀行为 .结果表明 ,X5 2钢的平均腐蚀速率为 0 6 2 89mm/a ,其表面形成三层形貌及成分各异的腐蚀产物 ,三层膜中主要的腐蚀产物均是FeCO3 和Fe2 O3,宏观腐蚀形态基本为均匀腐蚀 。

X52管线钢的本构关系及失效判据研究

X52管线钢广泛应用于石油天然气长输管道工程,具有良好的力学特性:强度高、塑性好。其本构关系的研究确定、矩阵表达及失效判据的建立是研究的主要内容。通过对比该材料的静力拉伸实验结果和Ramberg–Osgood本构模型,发现εεP0.2时,Ramberg–Osgood本构方程能够比较准确地反映X52管线钢的拉伸应力–应变关系,但当ε>εP0.2时,基于Ramberg–Osgood模型所得理论本构曲线与实验结果有较大的误差。基于此,对Ramberg–Osgood本构模型做出了修正,提出了X52管线钢在单向拉伸状态下的全局二段式应力应变关系式,并建立了X52管线钢本构关系的矩阵表达式。根据X52管线钢塑性极好的特点,分别研究了塑性材料基于应力的失效判据和基于应变的失效判据,给出了X52管线钢的应变控制失效准则。

焊接热循环对X52超细晶粒钢组织与性能的影响

研究了 X5 2超细晶粒钢热影响区的组织和性能 ,发现焊接热循环曲线对其有重要影响。综合考虑 HAZ的组织、性能和接头的质量 ,最佳的 t8/ 5 应控制在 5～ 10 s之间。

X52长输管线在悬空状态下的安全研究

以轮库输油复线某段X52原油管道为工程背景,管道意外悬空后,将管线悬空段简化为大挠度梁,且考虑管梁的几何非线性,将埋地段看成有限长梁,考虑了土壤纵向抗力的物理非线性,利用Winkler弹性地基理论、管-土互作用双线性模型等力学理论建立悬空管道系统的大变形分析模型。通过X52管线钢拉伸试验、管道悬空模拟试验研究及有限元仿真建模,验证了有限元仿真方法的可靠性,分析计算了X52管道基于应力失效准则的安全悬空长度和基于应变失效准则的极限悬空长度,通过极值应力、应变随不同悬空长度的变化规律研究,解释了取应变作为管道失效判据的合理性。

在役X52输气管线钢塑性和韧性研究

陕北某气田输气干线由进口X52纵焊管段经现场焊接而成。输送的介质中，H2S含量为500～1000mg／L，CO2含量为5％左右，同时还有少量凝析水，该环境下潜伏着氢损伤危险。为此，测试了该输气干线X52钢的延伸率和J积分值，研究了经过NACE溶液中的浸泡、焊缝质量和残余应力等对延伸率和J积分值的影响。结果表明，输送含H2S的X52输气管线随着服役时间的延长，其延伸率和J积分值会有所下降，并且焊缝及其附近延伸率降低的幅度大于母材。

超载对X52管线钢疲劳裂纹扩展速率的影响

用紧凑拉伸试样研究了不同应力比和超载比对X52管线钢疲劳裂纹扩展速率的影响,并对疲劳断口形貌进行SEM分析。结果表明,拉伸超载有阻滞X52钢疲劳裂纹扩展的作用,使疲劳裂纹扩展由超载扩展,减速扩展和恢复扩展三个阶段组成。在恒定的应力比下,超载比越大,裂纹扩展的阻滞效应也越明显,超载前后形貌差别越大;在恒定超载比下,低应力比的裂纹扩展阻滞现象更明显。

X52高频焊管焊缝冲击失效原因分析

在-20℃的低温条件下对系列X52高频焊(HFW)管焊缝试样进行了夏比冲击试验,发现个别样品的冲击功明显低于正常平均值。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及电子背散射衍射(EBSD)等显微分析技术研究其异常的原因。结果表明,冲击韧性异常试样的断口为解理或沿晶断裂形貌,在断口裂纹起源处存在夹杂物的偏聚区,焊管基体组织中存在严重的珠光体偏聚区,从而导致焊接过程中在焊缝区域形成珠光体条带组织。而冲击功正常的试样断口为韧窝形貌,基体组织分布均匀。X52焊管焊缝冲击韧性的异常降低主要与母材基体组织分布不均匀和焊接工艺有关。

API X52钢在饱和H_2S/CO_2的NACE溶液中的应力腐蚀开裂行为

采用动电位扫描、渗氢测量、U形环试样浸泡等实验方法和SEM、EDS等表面分析技术对API X52钢在H_2S/CO_2饱和的NACE标准溶液中的应力腐蚀开裂行为进行了研究。结果表明:阳极极化下无SSCC敏感电位;API X52钢的稳态渗氢电流密度与SSCC敏感性随H^+浓度增加而增大;自腐蚀电位下,API X52钢的开裂机理是氢致开裂型和阳极溶解型两种机制的联合作用,阳极溶解型这种机制通过氢致开裂型起作用。

武钢耐H_2S腐蚀X52MS钢组织及性能分析

对武钢生产的X52MS管线钢进行组织及性能检验,对其HIC性能及力学性能影响因素进行分析。结果表明,武钢生产的X52MS钢具有满足技术标准的强度和冲击韧性,HIC性能优异,其组织为铁素体+少量珠光体,带状组织级别为0.5级;降低X52MS钢中的Mn、P、S含量,有利于抑制因成分偏析引起的带状组织的形成,从而提高X52MS钢的抗HIC能力;卷取温度的降低会减弱强化析出效果,导致X52MS钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比和冲击韧性降低。

X52管线钢生产工艺控制

采取低碳+低锰+微合金化元素的化学成分设计,通过控制冶炼和控制轧制工艺,降低X52管线钢因成分波动而引起的性能变化。生产的X52管线钢板化学成分在标准要求范围内,轧后组织为铁素体+珠光体,屈服强度402 MPa,抗拉强度550 MPa,-20℃冲击功≥95 J,-20℃DWTT 100%,各项力学性能符合标准要求。

国产X52C连续管线管性能及其应用

为了促进国产连续管线管在油田的推广应用,对国产X52C连续管线管的管材性能和应用优势进行了分析。结果表明:管材各项性能指标满足并优于API Spec 5LCP《连续管线管》标准要求,且具有良好的耐蚀性。国产X52C连续管线管作为集输管线管在青海油田涩北气田得到了成功应用,与常规20#无缝钢管相比,作业时间缩减了75%,并降低了施工费用,提高了管线运行的可靠性。连续管线管具有良好的技术和经济优势,将在陆地及海洋集输管线上得到广泛应用。

X52管材的疲劳裂纹扩展速率试验研究

开展了X52薄壁管材的da/dN疲劳裂纹扩展速率的试验研究,包括试样制备、试验原理、试验程序等,得到了X52管材母材和焊缝材料的da/dN,可用于分析含裂纹管道的工作寿命。指出在分析裂纹沿管子径向扩展的工作寿命时得出的试验结果需作修正。