X90钢级螺旋缝埋弧焊管的研制结果及分析

介绍了X90钢级管线钢钢带的情况,分析研究了X90钢级螺旋缝埋弧焊管的力学性能,焊接接头的组织形貌、硬度及其分布等。提出了优化钢带合金成分,提高钢带头尾屈服强度、冷却速度,降低卷曲温度,进一步研究试样类型对拉伸试验的影响,制定X90钢级管线管标准等建议。

X90钢级管线钢制管前后性能变化研究

介绍了X90钢级管线钢制管前后屈服强度、抗拉强度、屈强比、冲击韧性的变化,分析了产生这些变化的原因,并给出X90钢级卷板的性能控制值。试验结果表明:制管后X90钢级管线钢的屈服强度和抗拉强度均上升,且抗拉强度平均升幅大于屈服强度;冲击韧性下降。在制管过程中,因卷板受形变强化的影响,造成制管后屈服强度和抗拉强度升高而韧性下降;而形变强化对制管前后强韧性的影响由卷板的化学成分及轧制工艺决定。

基于实时图像的X90钢交流腐蚀形貌发展规律研究

为研究X90钢在质量分数为3.5%的NaCl溶液中交流腐蚀形貌发展规律,采用实时原位显微腐蚀图像采集技术记录了36000s时长的交流腐蚀时间序列图像,对交流电作用下腐蚀产物生成、点蚀发展及析氢过程进行定性分析,并利用灰度共生矩阵从腐蚀图像中提取对比度、相关性、能量和同质性等纹理特征,定量表征了X90钢交流腐蚀形貌变化规律。结果表明,在NaCl溶液中,通交流电后X90钢试片表面迅速生成腐蚀产物,点蚀处腐蚀形貌变化明显,通电瞬间试片表面有氢气泡析出,纹理特征先快速变化后趋于稳定。交流电能够加剧X90钢腐蚀,促进试片表面腐蚀产物的生成和点蚀腐蚀形貌的发展,并对析氢过程产生影响。通过实时图像可以对X90钢交流腐蚀形貌发展规律进行定性和定量分析。

Φ1 524 mm×20.3 mm X90钢级螺旋缝埋弧焊管研发

介绍Φ1 524 mm×20.3 mm X90钢级螺旋缝埋弧焊管的研发过程.优化设计钢管制造工艺,重点开发钢管的成型和焊接工艺,通过合理控制成型应力、焊接坡口钝边、焊接速度、低线能量输入等工艺设计指标,获得了性能优良的焊接接头.解决了厚壁、高钢级焊管生产中常见的焊缝及热影响区低温冲击韧性不稳定的问题.研发出的Φ1 524 mm×20.3 mm X90钢级螺旋缝埋弧焊管经第三方检测评价,其质量指标完全满足产品技术条件要求,具备批量生产条件.

阴极保护电位波动对X90钢腐蚀行为的影响

阴极保护是一种广泛应用于埋地管道防腐的关键方法。但在交流干扰条件下,管道上的阴极电位会出现较大波动,导致管道严重腐蚀。本文通过腐蚀速率、腐蚀形貌和极化曲线研究了X90钢在交流电流密度引起的阴保电位波动下的腐蚀行为。结果表明,施加的交流电流密度越大,阴保电位波动越严重。X90钢的全面腐蚀速率和点蚀速率随阴保电位波动程度的增加呈线性增加,且表面腐蚀严重程度远大于交流电流密度下,表现出直流腐蚀特征。X90钢腐蚀电位的负向偏移程度与X90钢阴保电位的波动程度成正比,腐蚀电流密度与全面腐蚀速率一致。此外,不同波动阴保电位条件下X90钢腐蚀阳极控制程度远高于施加交流电流密度条件,这主要是由于表面腐蚀原电池增加造成的。

X90钢热影响区在酸性介质中的电化学腐蚀行为

利用Gleeble 3500热/力模拟实验机对X90管线钢分别进行一次热循环及二次热循环,采用扫描电镜观察了X90管线钢原始组织及其热影响区的组织形貌,同时采用电化学方法研究和比较了X90管线钢原始组织及其热影响区在不同pH鹰潭模拟溶液中的电化学特性。结果表明,当溶液pH为3.3时,电化学阻抗呈现感抗特征,试样表面呈活化溶解状态,相对于X90的原始组织,晶粒较大的粗晶热影响区(CGHAZ)和临界粗晶热影响区(IRCGHAZ)试样表面活性较弱,具有更优异的耐蚀性;而当溶液pH为4.7及6.1时,电化学阻抗仅呈现容抗特征,组织表面呈带膜腐蚀状态,晶粒细化的细晶热影响区(FGHAZ)和过临界粗晶热影响区(SCCGHAZ)试样表面的产物膜较致密稳定,腐蚀电流密度较小,耐蚀性较好。

阴极保护条件下X90钢母材和焊接接头在不同土壤环境中的氢脆敏感性

通过外加电流阴极保护下的慢应变速率试验,结合组织观察和电化学极化曲线测试,对比研究了X90钢母材和焊接接头在库尔勒和北京土壤模拟溶液中的氢脆敏感性。结果表明:X90钢母材组织晶粒细小,而焊接接头的熔合线及热影响区粗晶区的晶粒相对粗大;在-0.9,-1.1V(相对于饱和甘汞电极SCE)阴极保护下,母材在两种土壤模拟溶液中均表现出较低的氢脆敏感性;在同样的阴极保护电位下,X90钢焊接接头的氢脆敏感性明显高于母材,且其在库尔勒土壤模拟溶液中的氢脆敏感性高于在北京土壤模拟溶液中。在阴极保护条件下,材料的组织粗大、不均匀、高强度及土壤环境的高矿化度都会增加材料发生氢脆的风险,其中高矿化度环境是主要因素。

外加电位对X90钢及其焊缝在近中性土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验、动电位极化技术和SEM观察等方法,研究了X90钢基体和焊缝在近中性土壤模拟溶液中不同阴极保护电位下的应力腐蚀行为。结果表明,X90管线钢及其焊缝组织在近中性土壤模拟溶液中均具有一定的应力腐蚀敏感性,裂纹扩展为穿晶腐蚀裂纹;应力腐蚀开裂(SCC)的裂纹萌生与扩展与外加保护电位有关。在开路电位(OCP)^-1000 m V的电位范围内,X90钢的SCC机制均为阳极溶解(AD)+氢脆(HE)的混合机制;在OCP下,由于AD作用较强,SCC敏感性较明显;在-800 m V下,由于AD和HE作用均较弱,导致SCC敏感性最低;而在-900 m V时,由于HE作用明显增强,具有最高的SCC敏感性;在相同电位条件下,焊缝的SCC敏感性高于母材。

X90和X100钢级Φ813mm×16mm直缝埋弧焊管制造技术的研究

简要介绍了巨龙钢管有限公司采用宝山钢铁股份有限公司开发的X90和X100钢级钢板,研制JCOE直缝埋弧焊管的情况。研究了X90和X100钢级钢板的力学性能的变化、焊接性能、热影响区的软化、矩形和圆棒拉伸试样的对比试验以及不同焊接材料匹配对焊接接头性能的影响。对X90与X100钢级钢板和钢管进行了对比分析。提出了X90与X100钢级管线钢管的拉伸试验宜采用圆棒试样以及制订管线钢钢板、钢管试验段标准的建议。

基于盲目反卷积算法的X90管线钢腐蚀声发射信号分析

油气管道腐蚀具有随机性,且腐蚀声发射源信号在传播过程中还会发生一定的衰减和畸变,致使管道腐蚀声发射信号的特征提取与准确识别相当困难。本文通过构建X90钢腐蚀声发射监测实验系统,采集腐蚀声发射原位信号和衰减信号进行对比分析。并通过时频分析,小波分解与重构以及盲目反卷积复原对信号进行进一步的分析。结果表明,盲目反卷积算法对于小波变换处理后的腐蚀声发射的复原十分有效,信号频率主要集中在130~170kHz,部分高频频率峰值在200kHz和250kHz,衰减的高频信号得到较好的恢复,从而使检测信号更加逼近X90钢腐蚀源信号的特征。信号复原对现场油气管道腐蚀声发射检测与评价具有重要的指导意义。

X90钢直缝埋弧焊管焊接接头的组织和性能

利用光学显微镜、扫描电镜分析了某厂生产的X90钢管线钢焊接接头的显微组织,通过硬度试验和冲击试验测试了其硬度和韧性变化规律。试验结果显示,其焊缝为针状铁素体和粒状贝氏体组织,熔合区和粗晶区为粗大粒状贝氏体组织,细晶区为多边形铁素体、珠光体和MA组织,混晶区为粒状贝氏体、多边形铁素体、珠光体和MA的混合组织;热影响区有局部硬化和软化现象,且内焊缝硬度高于外焊缝;试验温度高于-20℃时,热影响区的冲击吸收能量和剪切断面率高于焊缝,低于-40^-20℃区间某个值后,冲击性能将降低至焊缝性能以下;热影响区的韧脆转变温度约在-50℃附近,而焊缝的韧脆转变温度约在-70℃附近。

预变形对X90管线钢显微组织和力学性能的影响

采用拉伸试验、冲击试验、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、显微硬度测试仪等研究了0.5%～6%预拉伸变形对X90管线钢显微组织及力学性能的影响。结果表明：随着预拉伸变形量的增加,X90管线钢晶粒增大,位错塞积导致强度增加,均匀延伸率下降,呈现典型的加工硬化特点,抗拉强度的增幅要小于屈服强度,屈强比增大;随着变形量的增加冲击吸收功逐渐由291J减小至235J,冲击试样断口的韧窝减小,伴随第二相粒子析出;显微硬度中间层较边缘区增加少,预拉伸在6%时边缘显微硬度为325HV。X90管线钢的预拉伸在4%以内能保证管线钢的正常服役。

焊接方法对X90管线钢焊接接头性能的影响

目前,关于焊接方法对X90管线钢焊接接头组织性能的影响相关报道较少。采用手工电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)3种焊接方法对X90管线钢进行对接焊。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊接接头及冲击断口进行显微组织及成分分析,分析了焊接方法对X90管线钢焊接接头组织性能的影响规律。结果表明:焊缝区组织主要为粒状贝氏体和针状铁素体;SMAW粗晶区组织主要为多边形铁素体、粒状贝氏体及M/A组织,GMAW和SAW粗晶区组织主要为粗大的铁素体、粒状贝氏体及板条贝氏体;3种焊接接头硬度分布趋势一致,盖面层硬度最高;SMAW、GMAW和SAW焊接接头抗拉强度依次为714,771,790 MPa,断后伸长率依次为23.3%,22.9%,20.0%;SAW与GMAW熔合线处20℃冲击吸收功比SMAW高约40 J,断裂机制为微孔聚集型,在韧窝底部有金属碳化物粒子析出。

氢在X90管线钢中的扩散特性

利用电化学渗透技术对X90高强度管线钢在0.5mol/L H_2SO_4中的氢渗透特性进行了研究。获得了不同充氢电流密度、溶液温度和试样厚度条件下X90管线钢的氢扩散规律。结果表明:随着电流密度和试样厚度增大,氢在X90管线钢中的有效扩散系数均逐渐增大,而氢含量则逐渐减小;随充氢溶液温度的升高,有效扩散系数也逐渐增大;并分别获得了有效扩散系数和氢含量与试样厚度的拟合关系式。

正交试验法研究X90管线钢在CO_2环境中的腐蚀行为

通过正交试验法研究了CO_2环境中各因素对X90管线钢腐蚀行为的影响。结果表明:各因素对X90管线钢在CO_2环境中腐蚀速率的影响按大小顺序是原油含水率、温度、CO_2分压、流速;X90管线钢腐蚀产物膜表面布满网状裂纹,呈鳞片状,产物膜结构疏松,对基体保护作用较弱,表面点蚀坑较多,点蚀严重,X90管线钢抗CO_2腐蚀性能较差;产物膜成分随腐蚀环境变化而不相同,所有产物中都含有FeCO_3和Fe,部分试样产物膜中还有腐蚀介质析出的碳酸盐。

X90管线钢热影响区不同区域组织性能的研究

采用焊接热模拟技术（Gleeble-3500）、现代物理分析测试技术和金相显微组织分析技术,研究分析了X90管线钢焊接热影响区不同区域的强度、韧性和组织变化规律。研究表明,峰值温度为650℃时性能相比母材稍微有所提高；峰值温度为850~1100℃时材料韧性略有下降；当峰值温度为1300℃时,材料的韧性急剧恶化,成为焊接热影响区最薄弱环节。材料性能急剧恶化的原因是高温引起材料晶粒急剧长大以及粗大板条贯穿奥氏体甚至穿过晶界,同时由于奥氏体晶粒粗大,使得过冷奥氏体转变的稳定性增加且非平衡的低温转变产物增多,组织中的板条和板条间的M-A组元粗大,板条之间的缝隙和粗大的M-A为裂纹的扩展提供了机会,因此导致此区域韧性损失最为严重。

pH值对X90管线钢在模拟酸性土壤溶液中腐蚀行为的影响

目前,对X90等第三代管线钢在土壤中的腐蚀研究较少。采用动电位极化曲线、交流阻抗谱和腐蚀失重等研究了不同pH值下,X90管线钢在模拟酸性土壤溶液中的腐蚀行为。结果表明:pH值的变化不影响X90钢的阴阳极反应机理;当pH≤4时,交流阻抗谱低频区出现感抗弧,此过程存在吸附或点蚀形核,当pH≥4时,交流阻抗谱出现Warburg扩散阻抗,传质扩散为反应主要控制步骤;随着溶液pH值降低,腐蚀电流密度增大,溶液中总铁含量增加,试样表面腐蚀程度加剧,均表明X90管线钢的腐蚀速率增大。

X90管线钢的抗氢致开裂性能

目前有关X90管线钢抗H2S性能的研究报道较少。为此,采用NACE TM 0284-2003方法对X90和X80管线钢进行氢致开裂(HIC)试验以对比研究其抗HIC性能,论述了氢致开裂的机理,并分析了X90管线钢的微观组织和化学成分对氢致开裂的影响。结果表明:X90管线钢的抗HIC性能较X80管线钢差,X90钢的热影响区与焊缝区的抗HIC性能比母材好;X90钢易产生Mn的偏析,且C会加剧其偏析,同时Cr的碳化物析出使氢鼓泡易在此处产生,2种因素均导致X90钢的抗HIC性能降低;适当控制微观组织比例,降低C含量,在保证提高X90管线钢强度的同时,严格控制Mn和Cr的含量,可以提高其抗HIC性能。

X90管线钢及焊缝在空气和近中性NS4溶液中的应力腐蚀开裂行为

采用慢应变速率拉伸试验研究了X90管线钢(母材)及焊缝在空气和近中性NS4溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。结果表明:试验钢母材和焊缝在近中性NS4溶液中具有一定的SCC敏感性,且焊缝的敏感性高于母材的,主要表现为塑性损失;母材及焊缝在空气中的拉伸断口表现为典型的韧窝微孔型韧性断裂,在NS4溶液中表现为混合断裂特征。

不同热输入下X90管线钢CGHAZ组织及脆化研究

通过模拟X90管线钢不同焊接热输入下的单道次焊接热循环过程,对热模拟后的CGHAZ试样进行显微组织观察、冲击以及硬度试验,并对冲击断口进行微观形貌观察,重点研究不同热输入下X90管线钢CGHAZ的微观组织和脆化现象。结果表明:X90管线钢焊接热循环后CGHAZ组织主要为板条贝氏体(LB)、粒状贝氏体(GB)和M/A组元;随着焊接热输入的增加,组织中LB减少,GB和M/A数量增多且尺寸增大;CGHAZ表现为粗晶脆化,冲击吸收功在E=20kJ/cm时出现最大值,冲击断口在E≥30kJ/cm时表现为明显脆断;CGHAZ未出现软化现象。因此,推荐X90管线钢焊接热输入大小低于30kJ/cm。