X60MS抗HIC性能的研究

选用生产的X60MS为研究对象,从力学和微观组织分析材料性能,并主要研究其在硫化氢（H_2S）溶液中氢致开裂（HIC）行为。用氢致开裂实验考察了微观组织及微区成分对抗HIC性能的影响,分析了影响管线钢氢致裂纹产生的主要原因,总结裂纹产生规律。对提高抗HIC高强度管线钢的安全性具有重要意义。

X60管线钢在湿气和溶液介质中的H_2S/CO_2腐蚀行为

利用高温高压反应釜模拟高含硫气田H_2S/CO_2共存环境,分别在流动湿气和溶液介质中进行API-X60腐蚀实验,探讨了高H_2S分压对腐蚀行为的影响.X60管线钢的腐蚀速率在湿气介质中随H_2S分压升高而增加,在溶液介质中则先升高后降低,腐蚀形态均由全面腐蚀趋于局部腐蚀,腐蚀产物以硫铁化合物(Fe_xS_y)为主.H_2S分压为2.0 MPa条件下,溶液介质中形成的腐蚀产物中富S相比例明显增加,HS^-和Cl^-穿过膜层缺陷引发点蚀,多孔且不连续的富S膜层进一步促进点蚀发展.

温度对管线钢H_2S/CO_2腐蚀行为的影响

利用高温高压反应釜模拟高含硫气田H2S/CO2共存环境,在流动溶液介质中进行腐蚀实验,辅以SEM和XRD,探讨了温度对API-X60管线钢H2S/CO2腐蚀行为的影响。结果表明:随温度的升高X60钢的腐蚀速率先升高后降低,腐蚀形态由局部腐蚀趋于全面腐蚀,高温区有点蚀倾向。低温区形成的腐蚀产物以马基诺矿型晶体(FeS1-X)和FeS单硫化物为主,随温度升高腐蚀产物以层片状马基诺矿型晶体为主,并出现少量磁黄铁矿型(Fe1-XS)晶体;高温区则以磁黄铁矿型晶体为主。低温区腐蚀产物附着力差导致其覆盖率降低,膜层脱落处的阳极反应速率由于膜层覆盖处的阴极效应而加快,使点蚀迅速发展。

硫酸盐还原菌作用下X60管线钢的腐蚀穿孔机制

地下管线服役期内发生穿孔失效将会造成严重的安全事故及巨大的经济损失。某厂X60钢管线埋地一年后,7.1mm厚的管身出现蚀孔漏气现象。通过现场调研及SEM、XRD取样分析,研究了管壁穿孔失效的腐蚀机制。结果表明:蚀孔全部呈直线状分布于管底,蚀孔附近的腐蚀产物表面含有大量硫、氯元素;EDS及XRD分析确认腐蚀产物为硫铁化合物;钢管内壁基体侧氧化铁皮中含有大量FeO(OH)腐蚀产物。综合现场腐蚀环境、腐蚀形貌及腐蚀产物的详细分析,明确了蚀孔产生的原因为硫酸盐还原菌造成的微生物腐蚀,结合腐蚀特点及现场情况提出了改进措施。

X60钢在CSP热轧过程中的组织演变与混晶现象

研究包钢CSP生产线上同一X60钢轧件经不同道次变形后,其不同部位的金相组织,结果表明:连轧前铸坯的室温组织为粗大的针状或块状铁素体,少量的珠光体沿铁素体晶界不均匀分布。空冷到室温的轧件具有铁素体+珠光体组织。在CSP薄板轧制过程中,晶粒明显细化但出现混晶现象。前面道次中边部晶粒尺寸和表面晶粒尺寸比心部晶粒尺寸细小均匀,在终轧后差异变小。同时分析了微观组织演变特点和混晶产生的原因。

SRB和CO_2共存环境中X60管线钢腐蚀电化学特征

对X60管线钢在硫酸盐还原菌(SRB)和CO2共存环境中进行浸泡实验,对浸泡不同时间后的腐蚀形态及膜层的组成进行观察和分析,并对膜层覆盖的X60钢的腐蚀电化学参数特征进行分析.结果表明,SRB吸附形成的微生物膜覆盖程度加大导致X60钢电位正移,腐蚀产物FeS和FeCO3含量增加导致X60钢电位负移.X60钢表面膜层中腐蚀产物含量较低时,仅有一个与电极电位有关的时间常数,当膜层中腐蚀产物的含量高时,增加了与腐蚀产物膜有关的时间常数.在浸泡初期,随微生物膜覆盖程度增加,X60钢的电荷传递电阻增大;随腐蚀产物含量增加,电荷传递电阻先下降后增大.随浸泡时间的延长,X60钢双电层电容和膜层电容均增大.

高温高压CO_2环境介质中X60钢的腐蚀

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针微观结构分析等方法,研究了X60钢在不同高温条件下及2MPa分压的饱和CO_2的环境介质中的腐蚀行为。结果表明:在90℃、120℃、150℃温度下,X60钢发生了严重的CO_2腐蚀,表现出高的腐蚀速率,且腐蚀速率随着温度的升高呈先上升再下降的趋势,120℃时最大,表面腐蚀产物膜的主要成分为Fe_3C和FeCO_3。腐蚀过程显示局部腐蚀特征,为不同程度的点蚀和条状腐蚀。研究发现,Cl^-为点蚀的"激发剂",促进了点蚀的发生和发展。CO_2腐蚀受温度、腐蚀产物膜、钢的显微组织、Cl^-等影响,是各种因素相互作用的结果。

X60钢在不同温度下的CO_2腐蚀行为

为了研究腐蚀因素与腐蚀速率的关系,通过在NACE溶液(5%NaCl+0.5%CH3COOH)中进行饱和CO2浸泡腐蚀实验,利用失重法、电子显微镜(SEM)和数码相机等方法研究了X60管线钢在30、60和90℃温度条件下的腐蚀行为.研究结果表明,X60钢在90℃条件下的腐蚀速率比在30和60℃条件下高一个数量级,为12.8858mm/a.在30℃时,试样表面无明显点蚀特征,在60℃条件下试样表面仅仅出现点蚀,其余部分平整,而在90℃条件下试样表面不仅出现严重的台地腐蚀而且出现线蚀槽,腐蚀严重.在60℃条件下,点蚀周围富集Cl-,说明Cl-在坑内富集,是引起点蚀成核的主要原因.

CSP生产X60管线钢的化学成分和轧制工艺对混晶的影响

包钢X60管线钢(%:0.04～0.06C,1.24～1.30Mn,0.04～0.05Nb,0.006～0.008Ti,0.015～0.030V)经6道次CSP(紧凑式带材生产技术)轧制后存在严重的混晶.通过不加V,成分改为(%):0.06～0.08C,1.24～1.30Mn,0.02～0.04Nb,0.007～0.010Ti,并第1、2道的压下量分别由≥39%和≥36%提高到≥42%和≥40%,为奥氏体再结晶的充分进行提供了温度和能量条件,消除混晶组织,钢的晶粒尺寸为5.6～8.0 μm.

浸泡时间对X60钢SRB电化学腐蚀行为影响研究

利用极化曲线,电化学阻抗谱,扫描电镜,能谱分析和微生物分析等方法对X60钢在灭菌培养基和接种硫酸盐还原菌(SRB)培养基中浸泡2 h和浸泡240 h后的腐蚀行为进行了对比研究。结果表明:浸入初期,相比灭菌介质,含SRB介质中X60钢表面上SRB的初始吸附成膜具有一定的保护作用,这使其耐蚀性能有所提高。浸泡2 h后,SRB菌落代谢过程的阴极去极化作用使X60钢表面产生明显点蚀形貌,加速了X60钢的腐蚀,使其耐蚀性能下降。

X60管线钢在-20℃低温焊接的接头组织性能

结合X60管线钢在-20℃低温条件下的焊接施工实际情况进行了试验、测定及分析,研究了711 mm×15.9 mm管道环焊接头的力学性能、接头的金相组织、硬度、冲击吸收功以及冲击断口形貌等.结果表明,在-20℃低温条件下,焊接完成的X60管线钢环焊接头力学性能测试;其HAZ的最大硬度值为210 HV10,符合相关技术标准.该工艺方案经过国内北部地区长输管道的工程使用,质量合格;经过金相显微组织分析,在X60钢-20℃条件下焊接的接头中,未发现淬硬组织;对冲击试件断口形貌的扫描电镜分析表明,该环焊接头的韧性满足相关技术标准的要求.

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式。通过引入'疲劳极限复合修正系数'和'等价非对称循环度系数'对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式。结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好。

硫酸盐还原菌对X60钢CO_2腐蚀行为的影响

采用API-RP38培养基,从油田含油污水中分离出硫酸盐还原菌(SRB),研究了该菌种的生长特性。用腐蚀失重实验和电化学手段系统地研究了CO2饱和的油田污水中SRB对X60钢CO2腐蚀行为的影响。结果表明,SRB最佳生长温度为30℃,最佳生长pH值为7.5;30℃时SRB的存在减缓了CO2腐蚀,此温度下SRB细胞、胞外聚合物和腐蚀产物能够形成致密膜层,腐蚀产物主要是FeS和FeCO3;随温度升高,SRB的存在会加速CO2腐蚀,且SRB与CO2之间产生协同作用,促进基体材料的腐蚀破坏。

铌-钛复合微合金CSP流程生产X60管线钢的组织及性能

测试分析了CSP(Compact Strip Production)流程生产的Nb-Ti复合微合金X60管线钢组织和性能。结果表明:与传统工艺的同类产品相比,CSP生产的Nb-Ti复合微合金X60管线钢各向异性小,横向和纵向的抗拉强度及屈服强度差值都小于15MPa;CSP流程生产的这种管线具有优良断裂韧性和抗氢致开裂及抗硫化物应力腐蚀开裂性能;高频焊接制管后,焊缝和热影响区的组织为PF+P,焊缝的冲击功平均值为109J,焊缝对沟状腐蚀不敏感。

X60在硫化氢环境下疲劳裂纹扩展速率研究

采用中心裂纹板试样及TS4-12MC电阻测量片测定了X60材料埋弧焊焊缝在空气和不同浓度H2S水溶液环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。由于疲劳过程的复杂性,试样工作区域又在焊缝处,所以试验的最终结果具有一定分散性。试验结果表明,H2S水溶液环境下的疲劳裂纹扩展速率明显比空气中的快,并且有随着H2S溶液浓度增加而变快的趋势。

海底用X60无缝管线管的研制开发

介绍了天津钢管有限责任公司研制开发海底用X60无缝管线管的工艺,产品的技术指标。试验结果表明:研制的海底用X60无缝管线管均达到设计要求,而且还具有良好的抗腐蚀性,其理化性能指标同时也达到X65钢级要求。

包钢CSP生产X60管线用热轧钢带的组织性能研究

介绍了包钢钢联股份有限公司CSP厂在采用Nb微合金化技术开发X60管线用热轧钢带过程中,对其组织与性能进行的研究工作。研究表明,所开发的含Nb钢带组织细小、均匀,力学性能稳定,具有优异的韧性。其性能指标完全可满足制管行业对钢带在加工及使用方面的要求。

成品油输送管道硫酸盐还原菌腐蚀分析

从管道腐蚀沉积物中培养并富集了以硫酸盐还原菌(SRB)为主的细菌,采用电化学方法、腐蚀失重法和表面分析技术研究了X60管线钢在含SRB介质中的腐蚀行为。试验结果表明:管道沉积物以Fe_(3)O_(4),FeS和Fe_(2)O_(3)等形式存在;在含有SRB的菌液中培养14天后,试样表面形成大量疏松多孔的腐蚀产物并可以看到SRB细菌的聚集体,EDS结果分析表明该体系腐蚀产物中含有较多的S元素。极化曲线分析和失重分析均表明含有成品油的SRB菌液中腐蚀程度比单纯的菌液环境更严重,腐蚀速率约是SRB菌液中的1.7倍,成品油的存在促进了SRB对金属的腐蚀。

X60钢在硫化氢溶液中的应力腐蚀裂纹扩展研究

输送石油和天然气的X60钢管存在应力腐蚀裂纹扩展的危险。为此,将X60螺旋埋弧焊管试样置于100,500,1000mg/L的H2S水溶液中,采用改进的楔形张开加载(WOL)试样和恒位移的加载方法进行试验,测定了X60焊接接头在不同环境下的应力腐蚀裂纹扩展速率。结果表明:在低浓度(100mg/L)下没有观察到裂纹扩展的情况,说明X60材料具有一定的抗硫化氢应力腐蚀开裂能力;随硫化氢浓度的提高,裂纹扩展速率增大,所以在高浓度硫化氢溶液中,这种材料的硫化氢应力腐蚀开裂情况仍需特别注意。

X60钢及其焊接热影响区的腐蚀行为对比研究

通过热模拟方法得到X60钢焊接热影响区组织,并对其微观组织进行分析,研究了母材及其热影响区在两种不同溶液中的自腐蚀电位、极化曲线和电化学阻抗谱.结果表明,当腐蚀介质使X60钢及其热影响区表面产生活性溶解时,热影响区的耐蚀性优于X60钢;当表面均生成腐蚀产物膜时,X60钢表面的产物膜保护性较好。