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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

正火温度对高频电阻焊管X52钢组织性能的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机、金相显微镜研究了正火温度对高频电阻焊管X52钢组织和性能的影响规律。结果表明:在850～1000℃的正火加热温度范围内,其强度随加热温度的升高而降低,在900℃时,强度达到最低值;随加热温度进一步升高,强度增加。而焊缝区在900～1000℃的正火加热温度范围内,随加热温度升高,组织细化,强度增加。在相同的工艺条件下,焊缝和钢板的组织和性能相差不大。

Effects of Hydrogen Charging Time and Pressure on the Hydrogen Embrittlement Susceptibility of X52 Pipeline Steel Material

The effects of hydrogen charging time and pressure on the hydrogen embrittlement(HE)susceptibility of X52 pipeline steel material are studied by slow strain rate tensile tests.The fracture morphologies of the specimens are observed by scanning electron microscopy.The HE susceptibility of the X52 pipeline steel material increases with an increase in both hydrogen charging time and hydrogen pressure.At a charging time of 96 h,the HE susceptibility index reaches 45.86%,approximately 3.6 times that at a charging time of 0 h.Similarly,a charging pressure of 4 MPa results in a HE susceptibility index of 31.61%,approximately 2.5 times higher than that at a charging pressure of 0.3 MPa.

Sulfide Stress Cracking Assessment of Carbon Steel Welding with High Content of H<SUB>2</SUB>S and CO<SUB>2</SUB>at High Temperature: A Case Study

In the oil and gas industry, it has been established that for pipelines fabricated with carbon steels, their limitation is related to H2S and CO2 environments, which is 7 to 10 psia of partial pressure of CO2. Therefore, in carbon steel cracking is shown, after 7 or 10 psia of partial pressure of CO2. The experimental work was performed under static conditions in autoclaves within a pH of 3 to 3.8;partial pressures of 16 - 96 psi for H2S and 15 - 53 psi for CO2, in the temperature range of 25°C - 150°C. It was observed that the average yielding stress used in Sulfide Stress Cracking (SSC) tests decreases with temperature increment. Hydrogen Induced Cracking (HIC) evaluations showed that X52 steel, under conditions, was not susceptible to HIC. Results of SSC did not show indications of cracking after exposure to sour solutions, except for the specimen exposed to high H2S and CO2 content (96 psi of H2S and 53 psi of CO2 of the partial pressure) and high temperature (150°C). Microcracks located between the upper and lower weld beads were also observed. However, the highest average corrosion rate was 0.27 mm/year (10.6 mpy), which occurred in samples exposed to 96 psi of H2S and 53 psi of CO2 at 150°C. Likewise, the highest localized corrosion (severe pitting attack) was obtained at the same environment with a corrosion rate of 4.2 mm/year (167 mpy). The oil and gas industry could use carbon steels pipelines in partial pressure higher than 10 psia.

X52管线钢在偏酸性腐蚀介质中的腐蚀穿孔行为综合研究

本论文用腐蚀漏磁检测仪、超声波测厚仪等仪器及X射线能谱(XRD)等方法,在对新疆某油田一输油长输管线出站36km管段现场开挖、检测验证和实验室试验分析研究的基础上,主要针对该输油管道腐蚀穿孔失效的特点、影响因素、机理及其防护措施进行了全面分析研究。经分析研究发现:管道外表面均光滑、平整,未见明显异常腐蚀点,而地势相对低洼管段的管道内壁发生了严重局部腐蚀,管道钢材自身不存在质量问题,管线较大高程差,起伏多变的地形,引起的管道底部沉降水、泥沙、其他腐蚀性介质(Cl-、Ca2+、Mg2+)及低pH值(5.84)酸性环境等是该管道腐蚀失效的主要影响因素;输送介质中水质的高矿化度和高含量Cl-,也是腐蚀穿孔失效的重要因素。

管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展的声发射信号特征分析

为明确X52管线钢焊接接头疲劳损伤特性与规律,对接头的母材、焊缝和热影响区进行了疲劳裂纹扩展的声发射(AE)实时监测研究。结果表明:母材的疲劳裂纹扩展速率高于焊缝和热影响区,而焊缝高于热影响区;AE测试结果显示,焊缝裂纹扩展的AE振铃计数率高于热影响区和母材,且信号强度也高于母材和热影响区,这是焊缝晶粒粗大使材料脆化倾向增加导致。同时,接头不同组织裂纹扩展的AE信号波形也不同,焊缝波形主要为300KHz左右的高频成分,而母材和热影响区为100KHz左右的低频成分。声发射信号特征参数可以用来定性区分接头不同位置的损伤。

X52钢在普光气田服役条件下的CO_2腐蚀行为

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD、EDS和纳米力学探针等方法,研究X52钢在普光气田服役条件下的CO2腐蚀行为.结果表明：在25～140℃时,X52钢在CO2水溶液中表现出高的腐蚀速率;随着温度的升高,腐蚀速率在60℃和120℃时出现极大值;随着压力的升高,腐蚀速率呈现出增大的趋势;腐蚀产物膜的主要成分为FeCO3;在90～140℃时,腐蚀类型以局部腐蚀为主,而在25～60℃时,主要以均匀腐蚀为主,并伴有轻微的局部腐蚀;随着温度的升高,腐蚀产物膜的弹性模量和硬度呈现出增大的趋势.

X52钢在H2S／CO2饱和5％NaCl溶液中的腐蚀行为研究

通过动电位扫描、交流阻抗、失重法等试验方法和SEM、EDS、XRD等表面分析技术对APIX52钢在35℃的H2S/CO2饱和5%NaCl溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,在本试验条件下,APIX52钢以H2S腐蚀为主,随着时间的延长,X52钢的腐蚀速率逐渐减小,最后趋于一稳定值;腐蚀产物膜为双层结构,膜外层较为致密,富含元素Fe和S,膜内层比较疏松,富含元素Fe和O。这种双层结构与腐蚀产物膜的离子选择性有关。

120 t BOF-LF-Φ200mm坯连铸工艺试制X52管线钢

由于方圆连铸机浇铸X52管线钢(%:0.14～0.18C、0.30～0.50Si、1.25～1.40Mn、≤0.025P、≤0.025S、0.03～0.06Nb)易发生水口堵塞和难控制铸坯质量,故采用转炉出钢时根据钢中的碳含量加入200～500kg/炉Fe-Al脱氧剂进行脱氧,在LF用高碱度渣(%:≥70CaO、≤5Al_2O_3、≤5SiO_2、≥5CaF_2、≤5MgO、≤0.05N)进行精炼,精炼结束软吹氩≥5 min等技术措施生产X52管线钢。结果表明,LF平均脱硫率37%,钢中S≤0.011%、P≤0.015%,Φ200 mm连铸圆坯表面质量良好,低倍各项评级均小于1.0级。

X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织特征

对X52管线钢进行了水下摩擦圆锥塞焊工艺试验,对不同焊接工艺参数下接头的微观组织进行了金相显微镜及扫描电镜观测,探讨了工艺参数对X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织的影响.结果表明,接头可以分为锻造区、最终摩擦界面、剪切变形区、结合区及热影响区.其中剪切变形区呈层状结构,所形成的焊缝微观组织极不均匀,且出现粗大晶粒.相比于焊接转速,轴向压力对X52管线钢水下摩擦塞焊接头组织的影响更显著.摩擦塞焊接头组织与传统摩擦焊接头晶粒细化的特征不同,这是由于在“封闭式”摩擦焊过程中塞焊缝主要由剪切变形区组成.

X52管线钢热变形行为的研究

用Gleeble-3500热模拟试验机对X52(L360)管线钢(%:0.08C、0.20Si、0.93Mn、0.024Als、0.02Nb、0.02Ti)在950～1200℃、应变速率0.01～10 s^(-1)时进行50%热压缩变形试验,得出真应力-应变曲线。通过回归分析,确定X52钢热变形激活能和热变形方程,得出应变速率、温度和Z参数对热形变峰值应力的影响。结果表明,变形温度降低,峰值应力增加并向应变增大方向移动,随变形速率增加,峰值应力增大并且也向应变增大方向移动;X52钢热变形激活能为232 kJ/mol;随Z参数增加,热变形峰值应力增加。

海洋环境下X52 管线钢的腐蚀行为研究

海洋环境下的油气管道(X52管线钢)极易受到腐蚀的影响。采用电化学测试技术,并通过观察腐蚀形貌的方法,分析了海洋环境下溶解氧质量浓度、pH、静水压力对X52管线钢腐蚀行为的影响。结果表明,随着环境pH的升高,X52管线钢腐蚀减缓;随着溶解氧质量浓度和静水压力的升高,X52管线钢腐蚀加剧。在不同条件下,X52管线钢的腐蚀行为受阳极活化溶解控制,并且出现局部点蚀现象。