X65管线钢焊缝金属断裂韧度的统计分布研究

基于焊接制造过程的影响 ,焊缝的断裂韧度具有本质的变异性。通过对 X6 5管线钢管环焊缝断裂韧度测定试验 ,建立确定了断裂韧度统计分布模型 ,经多种数理统计检验 ,对断裂韧度指标 δC,即裂纹尖端张开位移 COD值的统计分布函数进行了统计拟合检验。统计结果表明 ,威布尔分布函数是描述断裂韧度指标

X65管线钢焊缝金属断裂韧度的统计分布

基于焊接制造过程的影响 ,焊缝的断裂韧度具有本质的变异性。文中进行X65管线钢焊缝断裂韧度测定试验 ,建立确定断裂韧度统计分布模型 ,经多种数理统计检验 ,对断裂韧度指标δC 的统计分布函数进行了统计拟合检验。统计结果表明威布尔分布函数是描述断裂韧度指标δC 的最佳拟合分布函数。

X65管线钢焊缝金属裂纹分析

X65管线钢在焊接过程中,内侧焊缝金属出现横向和纵向沿熔合线方向的裂纹,横向裂纹贯穿焊缝金属横截面。用扫描电镜分析断口,发现裂纹处的焊缝金属与母材有较严重的化学成分偏析,内侧焊缝金属的熔合线基本垂直于母材。分析结果表明:局部成分偏析、工艺参数不适宜是造成焊缝裂纹的主要原因。

NaCl浓度对X80管线钢母材和焊缝区电化学腐蚀行为的研究

随着我国海洋油气资源的不断开发,管道焊接接头的腐蚀问题已成为海洋运行管线失效和安全的主要因素之一。为给海洋管道的腐蚀防护与材料选择提供更为精确的理论依据和实际指导,采用动电位极化技术和电化学阻抗谱测试方法,研究了X80管线钢焊接接头的母材区和焊缝区在不同NaCl溶液浓度(1.5%、3.5%、5.5%,质量分数)中的电化学腐蚀行为。结果表明:在不同NaCl浓度的溶液中,母材区和焊缝区的极化曲线都具有明显的阳极溶解特征,没有钝化现象;随着NaCl浓度的增加,2个区域的开路电位和自腐蚀电位负移,极化电阻先减小后增大,自腐蚀电流密度先增大后减小;母材区的热力学稳定性和耐腐蚀性始终优于焊缝区的。

X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为研究

X65管线钢被广泛用于深海石油运输,焊接是海洋立管的主要连接方式之一。在深海油田中的H_(2)S含量较高,会影响海洋立管焊接接头的服役寿命,特别是疲劳寿命。文中对比研究了X65管线钢焊接接头在空气和H_(2)S腐蚀环境下的疲劳行为,结果表明,由于根部焊缝余高处应力集中,最易萌生裂纹,在H_(2)S腐蚀环境下,加速了焊接接头的裂纹萌生和扩展,疲劳寿命显著下降。

模拟杂散电流干扰对阴极保护下X65钢腐蚀行为的影响研究

地铁列车系统运行过程会泄漏杂散电流,造成附近埋地金属电位波动,并使阴极保护效果减弱或失效,最终导致埋地金属因腐蚀而失效。以常用的管线钢X65钢为研究对象,在实验室搭建杂散电流腐蚀模拟试验装置,进行杂散电流干扰电位±1,±2,±4 V持续4 d及杂散电流干扰电位为±2 V并持续1,2,4,8 d的2组腐蚀模拟试验,研究杂散电流干扰下受阴极保护的X65钢的腐蚀行为规律。结果表明:杂散电流干扰电位达到+2 V以上时,X65钢的腐蚀速率会急剧增大;正向杂散电流干扰会使X65钢试样发生点蚀再演变为均匀腐蚀,并在两者间循环交替,腐蚀产物成分为Fe_(2)O_(3);负向杂散电流干扰对X65钢试样存在腐蚀影响,影响作用较为轻微。

热输入对X65钢焊缝金属组织及性能的影响

系统地研究了焊接热输入对X6 5钢焊缝金属组织及性能的影响。研究结果表明 ,热输入对焊缝金属组织及性能有显著影响。对于焊缝结晶组织 ,随着热输入的增加 ,柱状晶比例减小 ,等轴晶比例增大 ,柱状晶宽度增大。对于焊缝室温组织 ,随着热输入的增加 ,先共析铁素体有所增加 ,侧板条铁素体减少 ,针状铁素体先增加 ,但当焊接热输入达到 2 0 2 2J/mm后 ,针状铁素体量反而减少。焊缝金属低温冲击吸收功随热输入的增加而增大 ,当热输入达到 2 0 2 2J/mm后 。

不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为

通过腐蚀疲劳试验研究了在H_(2)S环境中不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为及机理,对试样的微观组织、断口和裂纹扩展路径进行了观察.结果表明,X65管线钢焊接接头焊缝的微观组织主要由先共析铁素体、粒状贝氏体和M/A组元构成,M/A组元增大了焊缝的脆性.粗晶热影响区主要由板条贝氏体和粒状贝氏体组成,焊缝和粗晶热影响区的硬度较高,韧性较差.在不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳机理均为阳极溶解+氢脆混合机制,但低应力幅下腐蚀作用带来的损伤更加显著.随着应力幅的增大,试样的腐蚀疲劳寿命显著降低,裂纹扩展的速率也越快.此外,二次裂纹主要沿着贝氏体板条束的晶界扩展,裂纹尖端在针状铁素体和先共析铁素体处产生了钝化现象,这两类组织有着良好的抗氢脆能力.创新点:(1)阐明了X65管线钢焊接接头在H_(2)S环境中的疲劳行为及机理.(2)揭示了不同应力幅下X65管线钢焊接接头在H_(2)S环境中的疲劳行为差异.(3)明确了针状铁素体和先共析铁素体有着良好的抗氢脆能力.

电子背散射衍射技术在X80管线钢环焊缝塑性应变表征中的应用

X80油气管道服役过程中的轴向应力(或应变)是导致管道失效的重要因素。轴向应力作用下,弱匹配环焊接头引入的过量塑性变形将导致焊缝处强度破坏或脆化失效。为了探究服役后的X80高钢级管道及环焊缝的微小轴向塑性变形,研究尝试使用电子背散射衍射技术(EBSD)对管线钢进行残余塑性应变进行表征。结果表明:以X80管线钢单轴拉伸和四点弯曲样品为试验对象,筛选并验证了X80母材的核平均取向差(KAM)与微小应变呈线性正相关;利用EBSD分析沿壁厚方向的环焊缝细晶区KAM分布情况,发现靠近盖面焊和打底焊处的KAM与塑性应变有较好的对应关系;在对脆性失效环焊缝细晶区的分析中发现,沿壁厚方向的KAM显著高于同位置的未服役环焊缝,该结果证实了X80环焊缝在脆性断裂前曾经历了一定量的塑性变形,有研究表明这种塑性变形的累积对环焊缝的韧性将造成不利影响。

超声冲击处理改善X80管线钢环焊缝接头疲劳性能研究

目的验证超声冲击处理(UIT)对X80钢管环缝焊接接头疲劳性能的延寿效果。方法分别开展X80管线钢GMAW自动焊环缝超声冲击前后的疲劳试验,根据国际焊接学会(IIW)的规范处理试验数据,并对结果进行对比。结果稳定地控制管道内壁焊根区域的显微未熔合等焊接缺陷,是保证X80管线钢环焊缝具有优异抗疲劳性能的关键延寿途径之一。采用最大应力固定为屈服强度+全厚度小尺寸试件的焊接接头疲劳试验方法能够替代足尺寸或全尺寸焊接结构疲劳试验,也适用于评价超声冲击处理焊接接头的疲劳性能。在严格控制错边量的前提下,X80管线钢GMAW环缝可以达到BS7608 D级设计曲线要求。结论超声冲击处理可以显著提高X80管线钢环缝接头的疲劳性能,大约延长疲劳寿命4~10倍左右。

X80管线钢焊缝金属中的针状铁素体

探讨了X80管线钢焊缝中针状铁素体的形成条件、对焊缝韧性的影响及针状铁素体控制机理。结果表明,X80管线钢焊缝组织是大量针状铁素体+少量先共析铁素体的混合组织。在针状铁素体影响因素中,起决定作用的是焊缝的化学成分和冷却速度。焊缝中针状铁素体形态和数量与焊缝韧性之间存在对应关系,焊接热输入对焊缝韧性的影响较复杂,存在一个热输入最佳值。优化的焊缝合金系统和化学成分是控制焊缝针状铁素体形成的必要条件,而合理的工艺方法和焊接参数(含热输入)则是控制针状铁素体形成的充分条件。

X65管线钢及牺牲阳极材料在海水环境中的交流腐蚀行为研究

目前针对海洋环境下的管线钢及牺牲阳极交流腐蚀行为研究鲜有开展,为给海管交流腐蚀风险评判以及牺牲阳极在交流干扰下的消耗性能提供参考,通过交流腐蚀模拟试验研究了模拟海水环境中X65管线钢、铝合金和锌合金牺牲阳极在不同交流电流密度下的交流腐蚀行为。结果表明:施加交流干扰后,X65管线钢、铝合金牺牲阳极和锌合金牺牲阳极试样电位均发生负向偏移,且交流电流密度越大,偏移量越大;3种材料的腐蚀速率随交流电流密度的增大而增大,但铝合金的腐蚀速率远大于锌合金和X65管线钢;X65管线钢在0~30 A/m^(2)交流干扰下,呈现均匀腐蚀,当交流电流密度增大至100 A/m^(2)时,表面出现点蚀坑;铝合金在不同交流电流密度下的表面均会产生点蚀,而锌合金材料则以均匀腐蚀为主,海洋环境中锌合金的服役性能优于铝合金。

合金元素对X80管线钢熔敷金属组织和性能的影响

为了研究Ni、Cr、Mo、Ti、V元素对X80管线钢熔敷金属显微组织和力学性能的影响,设计了5种化学成分的实心焊丝,并用其对X80管线钢进行MIG焊焊接.经过光学显微镜、电子扫描显微镜分析及力学性能试验,对熔敷金属的显微组织、力学性能进行了研究.结果表明:随着碳当量的增加,熔敷金属的拉伸性能不断提升;Ni含量低于1.0%时,随着Ni含量的增加,针状铁素体比例略增加,而先共析铁素体尺寸发生粗化;Ti、V微合金元素含量的增加,可增加熔敷金属针状铁素体的长宽比,使M-A组元尺寸显著减小,从而屈服强度保持在612 MPa,-20℃下冲击吸收功可达141 J;当Cr、Mo元素含量提高至0.57%时,等轴铁素体被成排的贝氏体取代,且包含大量原奥氏体晶界,使得冲击韧性急剧恶化.

高功率激光焊接X65管线钢的接头组织与性能

在激光功率10 kW、焊接速度20 mm/s、离焦量+10 mm的试验条件下,对10 mm厚的X65管线钢板进行激光对接焊,研究焊接接头的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。对试样的基体、焊缝区与热影响区的微观组织进行观察,利用硬度仪对试件进行硬度测试,并对焊缝和母材进行了电化学腐蚀试验。结果显示:焊接接头横截面呈“酒杯状”的宏观形貌,焊缝成形连续饱满,无明显缺陷。焊缝区组织主要为板条马氏体,具有最高的硬度值,热影响区的硬度次之,基体的最小;焊缝的耐腐蚀性要低于母材的,这是由于焊缝区马氏体的位错密度大,更容易被腐蚀。

X65管线钢中氧氮硫含量变化规律探究

为控制X65管线钢中O、N、S等有害元素的含量及改善钢的综合性能,进行了X65钢冶炼连铸生产过程中钢液的T.O、N、S含量变化规律研究。通过工业化试验,对连续生产的6炉X65钢前三炉精炼及浇铸过程中钢包、中间包、结晶器中的钢液及铸坯分别取样进行检测和分析。结果显示:三炉X65钢在喂线结束、静搅及浇铸过程中均存在一定程度的T.O和N含量增加,转炉防止回硫效果明显,但LF精炼深脱硫程度较低;VD真空过程脱硫效果不明显,且钢水在中间包时S含量均有明显增加。根据试验结果分析得出的X65精炼及浇铸过程钢中的T.O、N、S含量的优化措施,可有效降低钢中T.O、N、S含量。

BNS、X60QS和X65QS钢级耐酸性腐蚀管线管的开发

文章介绍了BNS、X60QS和X65QS钢级耐酸性腐蚀管线管的成分设计和工业试制过程,研究了正火工艺和调质工艺对热轧之后钢管的金相组织及机械性能的影响,分析了产品的耐酸性腐蚀性能。试制结果表明,采用正火工艺生产的BNS钢级管线管的机械性能和耐酸性腐蚀性能完全满足API Spec 5L规范要求,采用调质工艺生产的X60QS钢级和X65QS钢级管线管的机械性能和耐酸性腐蚀性能完全满足API Spec 5L规范要求。

X65级别海底管线钢低温CTOD性能研究

由于恶劣的海洋环境,要求海底管线钢具有较高的低温断裂韧性。CTOD性能是海底管道低温断裂韧性的重要评价指标。本文通过对不同厚度实验钢在0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃试验温度下进行CTOD试验。试验结果表明,本文实验钢的CTOD性能存在厚度规格效应的影响,20.6 mm厚度实验钢的CTOD值随着试验温度降低而降低,在0~-40℃之间,其CTOD性能均保持在较高水平,其CTOD值均在1.30 mm以上,在-60℃以下,其CTOD值大幅度降低,CTOD值降低为0.11 mm。而14.3 mm厚度实验钢随着试验温度的降低变化不大,其CTOD性能均保持在较高水平,在-80℃下,其CTOD值仍达到1.63 mm。

焊道填充方法对X65管线钢环焊缝残余应力数值模拟的影响

在进行管道多层多道焊接仿真分析时,焊缝金属的填充过程对于数值模拟的结果有着不可忽视的影响。文中以有限元软件ABAQUS为仿真工具,分别采用逐层填充和逐滴填充2种方式对X65管线钢环焊缝的焊接残余应力进行仿真分析。为比较2种填充方式结果的准确性,采用X射线衍射法测试了实际管道的焊接残余应力。研究结果表明:采用逐层填充方式所获得的焊接残余应力要高于实际残余应力,而采用逐滴填充方式所获得的残余应力与试验结果吻合良好。

外加电位对X80管线钢模拟海岸土壤腐蚀的影响

为探究双相X80管线钢在沿海土壤模拟溶液环境中的腐蚀机理,采用极化曲线、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和交流阻抗(EIS)法对不同外加电位(-750,-900和-1050 mV vs.饱和甘汞电极(SCE))下双相X80管线钢的应力腐蚀和电化学腐蚀行为进行研究。结果表明,双相X80管线钢在-1050 mV电位下对应力腐蚀(SCC)最为敏感。慢应变拉伸呈现为脆性断裂,断口可见铁素体区域圆形或椭圆形的凹坑,这是由于过度阴极反应产生的氢原子扩散进入到钢中在铁素体晶界聚集,氢气析出产生的较高氢压超过材料的强度产生圆形孔洞,在拉伸应力作用下变为椭圆形。在此电位下EIS模拟电阻最小,耐腐蚀性最差。-750 mV的外加电位可起到一定的电化学保护作用,但不足以防止X80管线钢应力腐蚀的发生。-900 mV的外加电位可有效抑制X80管线钢的阳极溶解,SSRT的强度和延展性均高于0 mV电位试样,表现出韧性断裂特征,EIS模拟电阻最高,因此双相X80管线钢在模拟海岸土壤环境下最佳的阴极保护电位约为-900 mV vs.SCE。双相X80管线钢在沿海土壤模拟环境中的应力腐蚀行为的研究可对其在实际使用过程中的安全服役提供一定理论依据,同时为腐蚀抑制与防护工作提供参考。

X70管线钢在酸性和近中性模拟海水溶液中的腐蚀行为

为对比X70管线钢在酸性(pH=3)和近中性(pH=7.7)模拟海水溶液中的腐蚀机制,采用极化曲线,通过电化学阻抗谱(EIS)和腐蚀失重实验对X70管线钢在不同模拟海水溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,X70管线钢在酸性溶液中浸泡168 h后腐蚀失重约为近中性模拟海水溶液中的16倍,大部分表面发生均匀腐蚀,局部形成以夹杂物为中心的腐蚀圆环,随着浸泡时间的延长,容抗弧半径和低频区阻抗值|Z|均呈增大趋势,先发生吸附而后出现微弱的扩散,电荷转移电阻Rct值增大,腐蚀速率减小;近中性模拟海水中形成较厚的腐蚀产物膜,氯离子聚集破坏形成小点蚀坑,局部聚集形成大的点蚀,电荷转移电阻减小,腐蚀速率增大,而后趋于稳定;X70管线钢在模拟海水溶液中处于活性溶解状态,与酸性海水溶液相比,管线钢在近中性模拟溶液中自腐蚀电位Ecorr正移137 mV,自腐蚀电流密度icorr为酸性海水溶液中的0.047倍。因此,X70管线钢在酸性模拟海水溶液中的腐蚀规律可为其应用于海底管线的腐蚀控制提供理论支撑,对其安全服役具有十分重要的意义。