高压煤制气管线X80钢焊接接头的氢致脆化研究

发布时间：2022-12-10 08:23

　　煤制气中含有一定量的氢气,氢致脆化成为高压煤制气输送管线特别是高强度管线钢焊接接头部位的潜在安全隐患。采用试验研究和数值模拟相结合的方法,对煤制气管线X80钢焊接接头的氢致脆化敏感性和机理进行了系统的研究。采用高压气相氢渗透试验装置研究了焊接接头各区在煤制气环境中的氢渗透行为,并通过环境慢应变速率拉伸试验考察了氢渗透对材料氢致脆化的影响。研究发现,氢致脆化的程度取决于材料自身的组织特征以及氢扩散系数和吸附氢浓度。与接头其它区域的组织相比,粗晶区粗大的粒状贝氏体组织对氢致脆化更敏感,氢致脆化系数高达34.56%,而其它区域最高不超过25%。慢应变速率拉伸过程中,聚集在位错处的氢能够降低材料的塑性变形能力,其作用程度受氢浓度的影响,而氢扩散系数会直接影响氢向位错处的聚集速度。与接头其它区域相比,粗晶区的氢扩散系数最高,即氢向位错区聚集的速度最快。综合组织和氢扩散参数的影响,粗晶区的氢致脆化程度最高。采用数值模拟方法研究了焊接残余应力和组织不均匀耦合作用对接头氢富集程度的影响,并采用等效充氢压力研究了残余应力所致氢富集对氢致脆化程度的影响。在考虑残余应力的作用下,接头各区均出现明显的氢富集,... 

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 煤制气产业现状及潜在问题
        1.2.1 我国天然气资源紧缺
        1.2.2 煤制气的发展现状
        1.2.3 煤制气运输安全
    1.3 天然气长输管线的发展及应用现状
        1.3.1 天然气管线的发展历程
        1.3.2 高强度管线钢在天然气输送中的应用
        1.3.3 煤制气管线的氢致脆化隐患问题
    1.4 钢的氢致失效及研究现状
        1.4.1 失效机理
        1.4.2 研究方法及研究现状
        1.4.3 临氢管线氢致脆化的影响因素
    1.5 存在问题及研究内容
        1.5.1 存在问题
        1.5.2 主要研究内容
第二章 试验材料与方法
    2.1 试验材料
    2.2 焊接热循环测量及热模拟试样的制备
    2.3 显微组织分析
        2.3.1 金相（OM）观察
        2.3.2 透射电镜（TEM）观察
        2.3.3 电子背散射衍射（EBSD）分析
    2.4 氢渗透试验
        2.4.1 试验装置设计
        2.4.2 氢渗透试验方法
        2.4.3 氢扩散系数的精确算法
        2.4.4 试样厚度的选择
        2.4.5 模拟煤制气组分对氢渗透的影响
    2.5 SSRT试验
        2.5.1 试验方法
        2.5.2 预充氢时间
    2.6 本章小结
第三章 接头组织对管线氢渗透及氢致脆化的影响
    3.1 X80钢焊接接头各区在模拟煤制气中的氢渗透参数
        3.1.1 氢渗透曲线
        3.1.2 氢渗透参数
    3.2 接头各区组织差异对氢致脆化敏感性的影响
        3.2.1 煤制气环境对管线力学性能的影响
        3.2.2 煤制气环境对断裂形式的影响
    3.3 接头组织对氢渗透和氢致脆化的影响机理分析
        3.3.1 接头显微组织
        3.3.2 组织结构影响氢渗透和氢致脆化的机理
    3.4 本章小结
第四章 接头残余应力对氢富集及氢致脆化的影响
    4.1 接头残余应力场分析
        4.1.1 几何模型构建
        4.1.2 X80钢高温性能参数
        4.1.3 焊接温度场校核
        4.1.4 接头残余应力场计算结果及分析
    4.2 接头氢扩散动力学模拟
        4.2.1 理论基础
        4.2.2 氢扩散结果及分析
    4.3 残余应力所致氢富集对氢致脆化敏感性的影响
        4.3.1 等效充氢压力
        4.3.2 氢富集对焊接接头各区力学性能的影响
        4.3.3 氢富集对断裂形式的影响
        4.3.4 残余应力诱导氢富集的机理
    4.4 本章小结
第五章 氢分压对氢致脆化的影响及脆化机理研究
    5.1 氢分压对材料氢致脆化敏感性的影响
        5.1.1 氢分压对力学性能的影响
        5.1.2 氢分压对断口形貌的影响
    5.2 吸附氢浓度对氢致脆化敏感性的影响
        5.2.1 变压力充氢条件下的氢渗透试验
        5.2.2 吸附氢浓度对氢致脆化敏感性的影响
    5.3 氢致脆化机理分析
        5.3.1 拉伸载荷对吸附氢浓度的影响
        5.3.2 断裂机理分析
    5.4 本章小结
第六章 碳酸亚铁膜对氢致脆化的影响及氢渗透模型解析
    6.1 碳酸亚铁膜对管线氢致脆化敏感性的影响
        6.1.1 试验环境
        6.1.2 碳酸亚铁膜的制备
        6.1.3 碳酸亚铁膜-管线钢体系下的氢致脆化敏感性
    6.2 氢在复合体系中的扩散模型
        6.2.1 碳酸亚铁膜-钢基体复合体系中的氢扩散模型
        6.2.2 氢在表面带氧化膜钢中的扩散模型
    6.3 碳酸亚铁膜对氢致脆化敏感性的影响机理
        6.3.1 带产物膜试样的氢渗透行为
        6.3.2 碳酸亚铁膜缺陷对氢渗透的影响
        6.3.3 碳酸亚铁膜对氢致脆化敏感性的影响机理
    6.4 本章小结
第七章 结论
展望
参考文献
攻读博士期间取得的研究成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气集输管线二氧化碳腐蚀研究[J]. 魏思达,吴明,梅宏林.  当代化工. 2015(08)
[2]油套管和管线管抗硫化氢腐蚀性能与夹杂物的关系[J]. 穆瑞三,张志远,程林,赵游云.  钢管. 2015(04)
[3]清洁能源天然气市场现状及分析[J]. 高明野,王震,范天骁.  天然气与石油. 2015(01)
[4]阴极保护下X65钢在模拟海水中的氢脆敏感性研究[J]. 张体明,赵卫民,郭望,王勇.  中国腐蚀与防护学报. 2014(04)
[5]高压氢气对金属材料断裂韧性的影响[J]. 王艳飞,巩建鸣.  上海交通大学学报. 2014(05)
[6]煤制合成天然气现状与发展[J]. 李瑶,郑化安,张生军,付刚,赵鹤翔,李学强,刘双泰.  洁净煤技术. 2013(06)
[7]X65和X80管线钢在高pH值溶液中的应力腐蚀开裂行为及机理[J]. 朱敏,刘智勇,杜翠薇,李晓刚,李建宽,李琼,贾静焕.  金属学报. 2013(12)
[8]45号钢在硫化氢水溶液中的腐蚀行为[J]. 翟建明,李晓阳,吴明耀,张亦良.  腐蚀与防护. 2013(11)
[9]我国煤制天然气现状和未来产业链发展[J]. 桑建新.  煤炭经济研究. 2013(10)
[10]阴极极化对X80管线钢在模拟深海条件下氢脆敏感性的影响[J]. 刘玉,李焰,李强.  金属学报. 2013(09)

博士论文
[1]热浸镀钢材在海水中的氢渗透行为及其对材料力学性能的影响[D]. 唐晓.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2006

硕士论文
[1]X100高钢级管线钢研发[D]. 彭玲利.重庆大学 2010
[2]硫化氢对石油管线钢应力腐蚀开裂和氢渗透行为的影响[D]. 杨洲.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2004



本文编号：3716416