珠光体调控对管线钢HIC敏感性及氢扩散行为的影响
发布时间：2021-01-15 13:20
氢致开裂（HIC）是管线钢在服役过程中主要失效形式之一,历来是学者们研究的热点和难点。本文以管线钢为研究对象,利用氢渗透、电化学充氢、氢微印以及动态充氢拉伸等技术,结合金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜/电子背散射衍射（SEM/EBSD）以及透射电子显微镜（TEM）,讨论了热处理后不同组织试样的铁素体/珠光体（F/P）、铁素体/渗碳体（F/Fe3C）等界面以及珠光体形态对氢的捕获效应和对HIC裂纹扩展方式的影响;探讨了不同应变速率下珠光体对管线钢中氢致裂纹萌生和扩展的影响。结果表明:（1）珠光体体积分数变化会影响F/P界面和F/Fe3C相界面对氢的捕获效率。试样中珠光体体积分数越大,F/P界面和F/Fe3C相界面越多,不可逆氢陷阱浓度越大,材料的有效氢扩散系数减小。由于F/P界面附近大量小角度晶界及位错的存在,导致氢原子加速向F/P界面聚集,使得F/P界面对氢的捕获效率高于F/Fe3C相界面。（2）不同形态珠光体对材料氢致裂纹萌生与扩展的影响不同。片层状珠光体与铁素体组织之间的界面具有较高的界面能和应力集中,导致氢致裂纹容易在铁素体/珠光体界面处萌生,并沿着F/P界面扩展;退化珠光体组...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢致开裂（HIC）机理示意图
武汉科技大学硕士学位论文11第2章实验材料及方法2.1实验材料及样品制备2.1.1实验材料试验钢采用的是实验室自制的热轧态管线钢钢板，厚度相对均匀，为20mm，主要化学成分见表2.1。根据《GB/T228-2002》标准实验，测得其抗拉强度为455MPa，屈服强度为350MPa。表2.1耐酸管线钢主要化学成分（wt.%）成分CSiMnCuCrNbTi含量0.0450.2431.150.0920.2490.0380.004在本论文的实验过程中依据实验需要，对样品进行预处理，并将试样加工成所需要的尺寸。从试验钢板上沿轧制方向纵向切取片状试样，取样方式如图2.1所示，片状试样大小为30mm×20mm×2mm（RD×ND×TD）。图2.1片状试样取样方式将试样沿轧向加工成长度为200mm，平行部位加工尺寸为26mm×6mm（RD×TD）的试样，拉伸试样的厚度加工成为2mm，样品尺寸如图2.2所示。
武汉科技大学硕士学位论文12图2.2试验钢的拉伸试样尺寸图2.1.2样品制备金相样品制备：在加工好的原始片状试样和热处理后的片状试样上切取面积为10mm×10mm（RD×ND），厚度为2mm，制成薄片状的金相试样，用以观察金相组织。TEM样品制备：在加工好的原始片状试样和热处理后的片状试样上切取面积为10mm×10mm（RD×ND），厚度为2mm，然后将厚度打磨至80μm，制作成直径为1mm的圆片型透射电镜观察试样。EBSD样品制备：在原始热轧板上切取10mm×5mm×2mm（RD×ND×TD）的块状试样，镶嵌好后打磨成15mm×5mm×8mm的块状样品，观察面为RD×TD，打磨抛光后用振动抛光处理。电化学充氢、氢渗透和氢微印试样的制备：将上述片状试样（尺寸为：30mm×20mm×2mm）两面打磨至2000#砂纸后抛光，清洗后吹干，将制作好的试样进行标号，放在干燥皿中保存。拉伸样品制备：将拉伸试样两面用砂纸打磨至2000#，并且最后一道砂纸打磨方向与外加应力方向平行，用酒精冲洗并吹干，放入干燥皿中保存，以备后续实验使用。断口处理：将拉伸后断口粘在小的金属方块侧边，断口漏出金属块表面约1mm，以便于在FE-SEM下观察断口形貌特征。对断口纵截面进行观察时，将断口切取10mm，对充氢面用2000#砂纸轻微打磨。抛光腐蚀后，在SEM下观察试样中的裂纹分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]显微组织对X100管线钢氢致开裂及氢捕获行为影响[J]. 袁玮,黄峰,甘丽君,戈方宇,刘静. 中国腐蚀与防护学报. 2019(06)
[2]满洲里土壤模拟溶液温度对X80管线钢应力腐蚀行为的影响[J]. 张文建,刘宏宇,祝宗祥,肖鹏,陈玉忠,董帅. 油气田地面工程. 2019(04)
[3]先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究[J]. 徐文胜,张文征. 金属学报. 2019(04)
[4]N80管线钢动态充氢后的形貌与力学性能[J]. 唐小华,罗宏,蒋勇,杨小松,赵景浩. 材料保护. 2018(11)
[5]MS X70酸性环境用管线钢焊接接头氢致开裂敏感性及氢捕获效率研究[J]. 赵小宇,黄峰,甘丽君,胡骞,刘静. 金属学报. 2017(12)
[6]动态充氢电流密度对BG110S油井管力学性能的影响[J]. 李树龙,陈业新,杨彪. 钢铁研究学报. 2016(10)
[7]我国高钢级管线钢和钢管应用基础研究进展及展望[J]. 冯耀荣,霍春勇,吉玲康,李鹤林. 石油科学通报. 2016(01)
[8]偏析对X65管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,汪兵,胡亮,刘清友,刘翔. 材料热处理学报. 2015(04)
[9]超低碳管线钢连续冷却过程中的显微组织特征[J]. 黄少文,王晶,张兆萍,麻衡,陈爱娇. 莱钢科技. 2014(06)
[10]夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响[J]. 张鹏,赵国仙,毕宗岳,何石磊. 热加工工艺. 2014(18)
博士论文
[1]焊接接头中应力促进氢致裂纹形成理论分析与实验研究[D]. 张敬强.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]12Cr2Mo1R（H）临氢钢氢脆特性的研究[D]. 骆晓伟.西南交通大学 2018
[2]夹杂物对管线钢氢致开裂和氢扩散的影响[D]. 刘帅.武汉科技大学 2017
本文编号：2978940
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢致开裂（HIC）机理示意图
武汉科技大学硕士学位论文11第2章实验材料及方法2.1实验材料及样品制备2.1.1实验材料试验钢采用的是实验室自制的热轧态管线钢钢板，厚度相对均匀，为20mm，主要化学成分见表2.1。根据《GB/T228-2002》标准实验，测得其抗拉强度为455MPa，屈服强度为350MPa。表2.1耐酸管线钢主要化学成分（wt.%）成分CSiMnCuCrNbTi含量0.0450.2431.150.0920.2490.0380.004在本论文的实验过程中依据实验需要，对样品进行预处理，并将试样加工成所需要的尺寸。从试验钢板上沿轧制方向纵向切取片状试样，取样方式如图2.1所示，片状试样大小为30mm×20mm×2mm（RD×ND×TD）。图2.1片状试样取样方式将试样沿轧向加工成长度为200mm，平行部位加工尺寸为26mm×6mm（RD×TD）的试样，拉伸试样的厚度加工成为2mm，样品尺寸如图2.2所示。
武汉科技大学硕士学位论文12图2.2试验钢的拉伸试样尺寸图2.1.2样品制备金相样品制备：在加工好的原始片状试样和热处理后的片状试样上切取面积为10mm×10mm（RD×ND），厚度为2mm，制成薄片状的金相试样，用以观察金相组织。TEM样品制备：在加工好的原始片状试样和热处理后的片状试样上切取面积为10mm×10mm（RD×ND），厚度为2mm，然后将厚度打磨至80μm，制作成直径为1mm的圆片型透射电镜观察试样。EBSD样品制备：在原始热轧板上切取10mm×5mm×2mm（RD×ND×TD）的块状试样，镶嵌好后打磨成15mm×5mm×8mm的块状样品，观察面为RD×TD，打磨抛光后用振动抛光处理。电化学充氢、氢渗透和氢微印试样的制备：将上述片状试样（尺寸为：30mm×20mm×2mm）两面打磨至2000#砂纸后抛光，清洗后吹干，将制作好的试样进行标号，放在干燥皿中保存。拉伸样品制备：将拉伸试样两面用砂纸打磨至2000#，并且最后一道砂纸打磨方向与外加应力方向平行，用酒精冲洗并吹干，放入干燥皿中保存，以备后续实验使用。断口处理：将拉伸后断口粘在小的金属方块侧边，断口漏出金属块表面约1mm，以便于在FE-SEM下观察断口形貌特征。对断口纵截面进行观察时，将断口切取10mm，对充氢面用2000#砂纸轻微打磨。抛光腐蚀后，在SEM下观察试样中的裂纹分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]显微组织对X100管线钢氢致开裂及氢捕获行为影响[J]. 袁玮,黄峰,甘丽君,戈方宇,刘静. 中国腐蚀与防护学报. 2019(06)
[2]满洲里土壤模拟溶液温度对X80管线钢应力腐蚀行为的影响[J]. 张文建,刘宏宇,祝宗祥,肖鹏,陈玉忠,董帅. 油气田地面工程. 2019(04)
[3]先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究[J]. 徐文胜,张文征. 金属学报. 2019(04)
[4]N80管线钢动态充氢后的形貌与力学性能[J]. 唐小华,罗宏,蒋勇,杨小松,赵景浩. 材料保护. 2018(11)
[5]MS X70酸性环境用管线钢焊接接头氢致开裂敏感性及氢捕获效率研究[J]. 赵小宇,黄峰,甘丽君,胡骞,刘静. 金属学报. 2017(12)
[6]动态充氢电流密度对BG110S油井管力学性能的影响[J]. 李树龙,陈业新,杨彪. 钢铁研究学报. 2016(10)
[7]我国高钢级管线钢和钢管应用基础研究进展及展望[J]. 冯耀荣,霍春勇,吉玲康,李鹤林. 石油科学通报. 2016(01)
[8]偏析对X65管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,汪兵,胡亮,刘清友,刘翔. 材料热处理学报. 2015(04)
[9]超低碳管线钢连续冷却过程中的显微组织特征[J]. 黄少文,王晶,张兆萍,麻衡,陈爱娇. 莱钢科技. 2014(06)
[10]夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响[J]. 张鹏,赵国仙,毕宗岳,何石磊. 热加工工艺. 2014(18)
博士论文
[1]焊接接头中应力促进氢致裂纹形成理论分析与实验研究[D]. 张敬强.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]12Cr2Mo1R（H）临氢钢氢脆特性的研究[D]. 骆晓伟.西南交通大学 2018
[2]夹杂物对管线钢氢致开裂和氢扩散的影响[D]. 刘帅.武汉科技大学 2017
本文编号：2978940
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