X70管線鋼的硫化氫腐蝕疲勞行為研究.pdf

1、西氣東輸工程是國家重大的生命線工程。為了研究西氣東輸用鋼X70管線鋼在硫化氫環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕性能和腐蝕疲勞行為,本文用X射線法測定了X70管線鋼板和試樣的焊接殘余應(yīng)力,對其殘余應(yīng)力水平給出工程實際評價。采用螺栓加載法,用改進型WOL試樣,測定了X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在飽和濃度硫化氫環(huán)境中臨界應(yīng)力強度因子KISCC。將疲勞可靠性試驗理論中的升降法引入到裂紋擴展門檻值的試驗測定中,實現(xiàn)了H2S惡劣環(huán)境中的低周腐蝕疲勞裂紋擴展門檻值的測定

2、,且在一定程度上可節(jié)省試驗時間,降低了傳統(tǒng)試驗方法對裂紋擴展量的精確測量要求,利用單個試件即可較精確測得裂紋擴展門檻值。另外,對X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在空氣和飽和H2S環(huán)境、固定加載頻率、不同應(yīng)力比條件下進行了腐蝕疲勞裂紋擴展速率試驗,用Paris公式得出了X70鋼在不同試驗條件下的腐蝕疲勞裂紋擴展速率表達式,并按斷裂力學(xué)觀點,以KISCC為界,將H2S環(huán)境中數(shù)據(jù)按兩段式進行了Paris擬和。結(jié)果表明： ①相同試驗條件下,X

3、70管線鋼熱影響區(qū)的腐蝕疲勞裂紋擴展速率比母材略大。 ②在H2S腐蝕環(huán)境中,X70管線鋼的疲勞裂紋擴展速率大大提高。在相同試驗條件下(加載頻率f=0.01Hz,應(yīng)力比R=0.7),H2S腐蝕環(huán)境中的裂紋擴展速率是空氣中的36倍左右。 ③隨著應(yīng)力比的增加,X70管線鋼母材及熱影響區(qū)在H2S溶液中的疲勞裂紋擴展速率也相應(yīng)增大。 利用掃描電鏡對應(yīng)力腐蝕試樣和腐蝕疲勞試樣斷口形貌進行了觀察,結(jié)合不同的試驗條件對各試樣斷口

4、特征進行了比較。在H2S環(huán)境中,低周腐蝕疲勞的斷裂形式屬于脆性斷裂,在腐蝕疲勞裂紋的擴展過程中,應(yīng)力起著主導(dǎo)作用,斷口形貌的腐蝕坑和大量的二次裂紋都是在裂紋張開后,斷面暴露在H2S溶液中被腐蝕所致,H2S腐蝕加速了裂紋的擴展。 本課題根據(jù)實驗要求,應(yīng)用新型腐蝕疲勞試驗機,對實驗室原有的腐蝕疲勞實驗裝置進行了改造,自行設(shè)計了測定疲勞裂紋擴展速率的試驗裝置。自制引伸計解決了引伸計在硫化氫環(huán)境中密封的問題,克服了在惡劣硫化氫腐蝕環(huán)境中