X80管线钢焊接接头组织的氢损伤行为研究

发布时间：2020-07-06 22:28

【摘要】：本文以X80管线钢焊接接头为研究对象,通过慢速率拉伸实验、氢鼓泡实验、氢渗透实验和电化学实验来研究X80钢焊接接头的氢脆敏感性。采用电子显微镜、纳米压痕仪和XRD分别表征了母材(BM)、焊缝(WM)和模拟热影响区(HAZs)的微观组织、显微硬度和残余应力,建立起微观结构和氢脆敏感性间的联系并分析失效机理。最后探究了退火处理对焊接组织氢脆敏感性的影响。慢拉伸和氢鼓泡实验表明X80钢焊接组织的氢脆敏感性规律如下:FGHAZWMCGHAZICHAZBM。氢渗透实验和组织表征表明氢脆敏感性受组织、应力、硬度和氢扩散速率等因素的影响。母材的氢脆敏感性最低,因为母材含有高密度位错的细小铁素体,而焊缝和热影响区敏感性高,是因为存在对氢脆敏感的微观组织,且夹杂物含量和局部应变高。与ICHAZ和CGHAZ相比,FGHAZ的敏感性更高,是因为有更快的氢扩散速率和更小的硬度,硬度的影响主要体现在:外力作用下,较小硬度有助于促进氢的扩散及微裂纹的萌生和扩展。退火处理后的X80钢焊接组织的氢脆敏感性规律如下:BM-TCGHAZ-TWM-TFGHAZ-TICHAZ-T。实验表明退火可提高X80钢焊接组织的力学性能、耐腐蚀性能和抗氢脆性能,且抗氢脆性能改善效果从大到小为:BM-TFGHAZ-TCGHAZ-TWM-TICHAZ-T。退火可提高焊接组织的抗氢脆性能,主要是因为退火可以通过改善微观组织来提高组织自身塑韧性,并降低氢在材料中的扩散速率。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG156.2;TG457.11
【图文】：

图 1.1 氢原子进入金属的作用过程示意图[28]ig. 1.1 schematic diagram of the process during hydrogen entering into steel氢损伤机理最早由 Johnson 于 1875 年提出，经过众多研究者长时间的努力，目多有关氢脆损伤的机制，其中包括：压理论[29]；降低表面能[30]；促进位错增值[31]；致弱键理论[32]；致局部塑性变形[33,34]；和应变诱发空位增值[35]；致塑性向脆性转变[36,37]；和应力诱导相变[38-40]；是几个已经被广泛接受具有代表性的机制：

如升温速率、峰值温度、保温时间和冷管线焊接制造中热循环曲线中获得的。根据被广泛用的低合金钢奥氏体转变温度的 Andrews[49]经验公式， 10-230ωC15.2ωNi44.7ωSi104ωV31.5ωMo10.5 310.7ω(Mn)-3.9ω(Ni29ω(Si)16.7ω(Cr)290ω(As6. ） ） 表示该元素的质量分数。，实验所用 X80 钢的 AC1和 AC3分别为 723.3℃和 86热影响区组织，我们选取了两个高于 AC3完全奥氏体和 950℃，以此来代表过热区域的粗晶热影响区（C热影响区（FGHAZ）。另外选取了处于 AC3和 AC1温度：800℃来模拟临界热影响区（ICHAZ）。基于际焊接接头试样的组织特征，我们确定了相应的冷却验所对应的热循环曲线图。

图 2.3 实验退火处理工艺流程Fig. 2.3 Experimental annealing process学抛光实验真实的表面信息，通常需对金属材料进行一定的机械在本文中所用到的五种焊接接头组织试样（BM， WHAZ）, 在后续的背散射电子能谱（EBSD）表征、残量等实验中都将对这五组试样进行电化学抛光预处理抛光之前，先用砂纸机械打磨到 2000#，然后进行一除表面氧化层和硬化层。电化学测试溶液为：醋酸（lO4）：丙三醇（C3H10O3） 按照体积比为 200：10：压 30 V 左右下电解 4 min，通过添加液氮控制实验温后用去离子水和酒精清洗，干燥条件下保存。方法伸实验

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本文编号：2744225