油管钢氢渗透特性及其对应力腐蚀开裂的影响

发布时间：2017-05-01 07:05

  本文关键词：油管钢氢渗透特性及其对应力腐蚀开裂的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢制设备在含CO2的腐蚀介质中发生电化学腐蚀,阴极发生析氢反应,产生氢原子。氢原子的直径远小于金属原子,根据吸附-吸收过程,部分原子氢扩散进钢材基体的晶格内,引起材质脆化,并导致材料开裂、丧失承载能力。当氢、应力和腐蚀性环境同时存在时,将可能联合起来对材料形成协同性的破坏,如扩散的氢在应力作用下能够导致材料脆化或者由非金属夹杂物等引起氢致开裂。本研究围绕80SS和110SS两种油管钢,在含饱和CO2模拟采出水环境中展开其氢渗透和应力腐蚀开裂两方面的研究,结合电化学方法、SSRT和各种现代分析测试技术,探索多种因素对氢渗透和应力腐蚀开裂(SCC)的影响规律,预测应力腐蚀开裂敏感性,建立氢渗透与SCC之间的联系。 采用Devanathan-Stachurski双电解池电化学氢渗透测试方法,严格按照“五步走”有序进行氢渗透曲线的测试,研究了毒化剂、氢陷阱、热处理、pH、温度、矿化度、C1-对氢渗透行为的影响规律。结果表明,a.110SS和80SS的组织均为回火索氏体,前者比后者晶粒尺寸小,晶界多,穿透时间延长,氢扩散系数小,氢扩散阻力更大,具有更好的抗氢致开裂敏感性。b.80SS钢经正火、退火、淬火后分别获得铁素体+珠光体、铁素体+索氏体、马氏体组织,氢陷阱密度依次增大,氢脆敏感性依次增大。c.强度、pH值减小,温度升高,则稳态电流密度越大,氢扩散系数减小；P110和110SS的各氢渗透参数处于同一数量级范围；矿化度和Cl-对氢渗透的影响没有统一规律。其中,稳态可扩散氢浓度与外加极化电流存在线性关系,氢扩散系数与温度(298～363K)满足Arrhenius关系。 通过动电位快慢扫描极化曲线测试方法,利用Parkins边界条件和应力腐蚀破裂参数Pi预测80SS和110SS分别在电位大于-589mV (vs. SCE)和-541mV (vs. SCE)时具有应力腐蚀开裂敏感性,且判断该电位下的SCC为阳极溶解机制控制。 采用SSRT研究了氢对SCC的影响,结果表明80SS和110SS中都出现氢致损伤现象,且80SS随稳态可扩散氢浓度的增加脆化现象更为明显：当可扩散氢浓度为3.99molH/m3、氢扩散系数为1.922×10-6cm2/s时,屈服强度降低幅度达到25.77%、抗拉强度降幅达到7.92%,应变硬化指数为0.2l,应力应变积分降低幅值高达62.0%,延伸率损失达到50.40%,发生了脆性断裂；而110SS强度、塑性的降低幅度随可扩散氢浓度的增加而降低的幅度较80SS缓慢,其抵抗氢渗透作用的能力更强,受氢渗透影响作用稍小 80SS和110SS在含饱和CO2采出水中的SCC机理为氢助阳极溶解型应力腐蚀开裂。开裂过程为：腐蚀形成均匀致密的FeCO3和CaMg(CO3)2产物膜→膜局部破坏与微裂纹形成→腐蚀、应力与氢原子协同使裂纹扩展,直至断裂。
【关键词】：80SS 油管钢 氢渗透 氢扩散系数 SSRT SCC
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-27
• 1.1 研究背景及目的意义9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究的目的意义10
• 1.2 氢渗透特性研究现状10-18
• 1.2.1 氢的来源10-11
• 1.2.2 氢渗透过程11-12
• 1.2.3 氢损伤12-15
• 1.2.4 氢扩散行为表征15-16
• 1.2.5 氢扩散系数的影响因素16-18
• 1.3 应力腐蚀开裂研究现状18-24
• 1.3.1 应力腐蚀开裂特点18-19
• 1.3.2 应力腐蚀开裂机理19-22
• 1.3.3 SCC敏感性预测22
• 1.3.4 SCC实验研究22-24
• 1.4 氢、应力、腐蚀之间的协同作用24
• 1.5 论文研究思路和研究方法24-27
• 1.5.1 论文的研究思路24-25
• 1.5.2 研究内容及方法25-27
• 第2章 油管钢的氢渗透行为27-53
• 2.1 氢渗透测试前处理27-30
• 2.1.1 实验材料与介质27-28
• 2.1.2 电化学镀镍28-30
• 2.2 适用于油管钢的氢渗透测试技术研究30-36
• 2.2.1 氢渗透测试装置及原理30-31
• 2.2.2 阳极极化电位选择31
• 2.2.3 消除背景电流31-32
• 2.2.4 氢渗透测试曲线32
• 2.2.5 氢渗透参数的理论修正32-36
• 2.3 氢陷阱对氢渗透行为的影响36-39
• 2.3.1 实验方法36
• 2.3.2 实验结果及分析36-39
• 2.4 热处理对氢渗透行为的影响39-43
• 2.4.1 实验方法39-40
• 2.4.2 实验结果及分析40-43
• 2.5 油管钢氢渗透行为的影响因素研究43-51
• 2.5.1 强度和型号对氢渗透行为的影响43-44
• 2.5.2 毒化剂对氢渗透行为的影响44-45
• 2.5.3 充氢电流对氢渗透行为的影响45-47
• 2.5.4 pH值对氢渗透行为的影响47
• 2.5.5 温度对氢渗透行为的影响47-49
• 2.5.6 矿化度对氢渗透行为的影响49-50
• 2.5.7 氯离子对氢渗透行为的影响50-51
• 2.6 本章小结51-53
• 第3章 油管钢的应力腐蚀敏感性电化学研究53-59
• 3.1 试样尺寸及前处理53
• 3.2 测试方法53
• 3.3 产物膜对基体的作用53-55
• 3.4 利用动电位快慢扫描极化曲线预测SCC机制55-56
• 3.5 应力腐蚀敏感电位预测56-58
• 3.5.1 利用PARKINS边界条件预测应力腐蚀敏感性56-57
• 3.5.2 利用应力腐蚀破裂参数P_I预测应力腐蚀敏感性57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第4章 油管钢的慢应变速率拉伸试验研究59-70
• 4.1 实验方法59-61
• 4.1.1 试样制备及安装59-60
• 4.1.2 SSRT试验60
• 4.1.3 评定应力腐蚀敏感性的力学指标60-61
• 4.2 拉伸速率对材料力学性能的影响61-62
• 4.3 油管钢在三种介质中拉伸的力学性能62-65
• 4.3.1 80SS和110SS在空气中拉伸的力学性能62-63
• 4.3.2 80SS和110SS在含饱和CO_2采出水中拉伸的力学性能63-64
• 4.3.3 110SS在研究溶液中的力学性能64-65
• 4.4 SSRT的影响因素研究65-69
• 4.4.1 HAC浓度的影响65-66
• 4.4.2 预充氢的影响66-67
• 4.4.3 氢种类的影响67-68
• 4.4.4 敏感电位的影响68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 氢对应力腐蚀开裂的影响70-83
• 5.1 氢致强度损伤70-73
• 5.1.1 氢致屈服强度降低70-71
• 5.1.2 氢致抗拉强度降低71-72
• 5.1.3 氢致应变硬化作用增强72-73
• 5.2 氢致塑性损伤73-75
• 5.2.1 氢致硬化73-74
• 5.2.2 氢致脆化74-75
• 5.3 氢致断裂韧性减小75-76
• 5.4 氢致应力腐蚀敏感性增加76-77
• 5.5 断口形貌观察77-80
• 5.6 应力腐蚀开裂机理浅析80-81
• 5.7 本章小结81-83
• 第6章 结论83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁平;李晓刚;杜翠薇;陈旭;张亮;;Cl~-对X80管线钢在NaHCO_3溶液中腐蚀性能的影响[J];北京科技大学学报;2008年07期

2 李国敏,李爱魁,郭兴蓬,郑家q，

本文编号：338433