铁素体/珠光体界面对耐酸管线钢氢致开裂敏感性的影响
发布时间：2021-11-21 05:39
利用OM、SEM、EBSD、TEM等手段,分别对热轧态和退火态耐酸管线钢的微观组织、晶界分布、位错及析出相进行表征,测试了不同组织管线钢的氢致开裂（HIC）敏感性,计算分析了有效氢扩散系数、氢陷阱密度及其对不同组织的氢捕获效率,重点探讨了铁素体/珠光体（F/P）界面对耐酸管线钢HIC敏感性的影响。结果表明,随着管线钢珠光体含量的增加,F/Fe3C界面及F/P界面越多,二者作为不可逆氢陷阱会阻碍氢的扩散,提高氢的捕获效率,有效氢扩散系数降低,管线钢的HIC敏感性提高;F/P界面附近位错的聚集会加速氢原子向高界面能的F/P界面聚集,使氢致裂纹起始于F/P界面处,并沿着F/P界面扩展。
【文章来源】：武汉科技大学学报. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热轧态试样不同显微组织处的显微硬度
图8所示为热轧态和退火态管线钢试样的电化学氢渗透曲线,利用式(2)计算得到试样的氢扩散系数Deff依次为1.20×10-6、2.23×10-6 cm2·s-1。一般而言,Deff越小,表明材料对氢的捕获效率越高,亦即氢原子在材料中扩散越困难。由此可见,热轧态试样相比于退火态试样,具有更高的氢捕获效率。图9所示为热轧态和退火态管线钢试样的放氢曲线,根据式(5)～式(6)计算得到两试样中不同类型的氢浓度,如表4所示。由表4可知,两试样的晶格氢浓度CL和可逆氢浓度Cr差别较小,而不可逆氢浓度Cir相差很大,热轧态试样的不可逆氢浓度远大于退火态试样。
钢中氢致裂纹萌生与扩展过程可由图10表示。由图10所示,氢原子在氢陷阱处捕获聚集并结合成氢分子后产生氢压,当氢压超过临界值时,氢致裂纹就会萌生。表3的统计结果显示,随着珠光体含量的增加,每1%P对应的F/P界面裂纹数量显著增大,其萌生裂纹能力也显著提高。前文提到,与珠光体相关的F/P界面及F/Fe3C界面均为强氢陷阱,即容易捕获氢原子。但如图7所示,只有F/P界面处观察到氢致裂纹,而F/Fe3C界面未发现裂纹。实际上,尽管两者都是强氢陷阱,但珠光体内的铁素体和Fe3C界面具有特定的取向关系[13],界面能较低,而F/P界面被高能的非共格界面隔开,具有更高的界面能[14],氢原子倾向于在界面能较高的F/P界面处聚集,以降低整体界面能。此外,珠光体相变过程中因体积变化所形成的沿晶应力场也会导致F/P界面处局部氢浓度增加(见图10(b)),这使得氢致裂纹更容易在F/P相界面处萌生,而不是在珠光体内部的F/Fe3C界面处。由于氢原子容易在由硬质相与金属基体组成的界面通道上扩散[15],铁素体与珠光体组织之间的硬度差(见图2)正好满足氢原子快速扩散通道的条件。因此,当裂纹在F/P界面萌生后,氢原子不断通过F/P界面向裂纹尖端扩散,从而促进裂纹沿着F/P界面扩展(见图10(c))。4 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]显微组织对X65X70管线钢抗H2S性能的影响[J]. 张雁,蔡庆伍,谢广宇. 腐蚀科学与防护技术. 2007(06)
[4]电化学充氢条件下X70管线钢及其焊缝的氢致开裂行为[J]. 张颖瑞,董超芳,李晓刚,芮晓龙,周和荣. 金属学报. 2006(05)
[5]Bagaryatsky取向的铁素体/渗碳体相界结构模拟[J]. 王志成,李伟,郭正洪,戎咏华,张弛. 上海交通大学学报. 2005(01)
本文编号：3508886
【文章来源】：武汉科技大学学报. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热轧态试样不同显微组织处的显微硬度
图8所示为热轧态和退火态管线钢试样的电化学氢渗透曲线,利用式(2)计算得到试样的氢扩散系数Deff依次为1.20×10-6、2.23×10-6 cm2·s-1。一般而言,Deff越小,表明材料对氢的捕获效率越高,亦即氢原子在材料中扩散越困难。由此可见,热轧态试样相比于退火态试样,具有更高的氢捕获效率。图9所示为热轧态和退火态管线钢试样的放氢曲线,根据式(5)～式(6)计算得到两试样中不同类型的氢浓度,如表4所示。由表4可知,两试样的晶格氢浓度CL和可逆氢浓度Cr差别较小,而不可逆氢浓度Cir相差很大,热轧态试样的不可逆氢浓度远大于退火态试样。
钢中氢致裂纹萌生与扩展过程可由图10表示。由图10所示,氢原子在氢陷阱处捕获聚集并结合成氢分子后产生氢压,当氢压超过临界值时,氢致裂纹就会萌生。表3的统计结果显示,随着珠光体含量的增加,每1%P对应的F/P界面裂纹数量显著增大,其萌生裂纹能力也显著提高。前文提到,与珠光体相关的F/P界面及F/Fe3C界面均为强氢陷阱,即容易捕获氢原子。但如图7所示,只有F/P界面处观察到氢致裂纹,而F/Fe3C界面未发现裂纹。实际上,尽管两者都是强氢陷阱,但珠光体内的铁素体和Fe3C界面具有特定的取向关系[13],界面能较低,而F/P界面被高能的非共格界面隔开,具有更高的界面能[14],氢原子倾向于在界面能较高的F/P界面处聚集,以降低整体界面能。此外,珠光体相变过程中因体积变化所形成的沿晶应力场也会导致F/P界面处局部氢浓度增加(见图10(b)),这使得氢致裂纹更容易在F/P相界面处萌生,而不是在珠光体内部的F/Fe3C界面处。由于氢原子容易在由硬质相与金属基体组成的界面通道上扩散[15],铁素体与珠光体组织之间的硬度差(见图2)正好满足氢原子快速扩散通道的条件。因此,当裂纹在F/P界面萌生后,氢原子不断通过F/P界面向裂纹尖端扩散,从而促进裂纹沿着F/P界面扩展(见图10(c))。4 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]显微组织对X65X70管线钢抗H2S性能的影响[J]. 张雁,蔡庆伍,谢广宇. 腐蚀科学与防护技术. 2007(06)
[4]电化学充氢条件下X70管线钢及其焊缝的氢致开裂行为[J]. 张颖瑞,董超芳,李晓刚,芮晓龙,周和荣. 金属学报. 2006(05)
[5]Bagaryatsky取向的铁素体/渗碳体相界结构模拟[J]. 王志成,李伟,郭正洪,戎咏华,张弛. 上海交通大学学报. 2005(01)
本文编号：3508886
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