0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf

第４３卷２０１５年１月第１期—第８９９５页材料工ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．１—Ｊａｎ．２０１５ｐｐ．８９９５０．８设计系数用Ｘ８０管线钢在近中性ｐＨ溶液中的应力腐蚀开裂行为ＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇｗｉｔｈＤｅｓｉｇｎＦａｃｔｏｒｏｆ０．８ｐＨＶａｌｕｅＳｏｌｕｔｉｏｎｓＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＸ８０ＰｉｐｅｌｉｎｅＳｔｅｅｌ—ｉｎＮｅａｒｎｅｕｔｒａｌ杨东平，胥聪敏，罗金恒。，王珂，李辉辉（１西安石油大学材料科学与工程学院材料加工工程重点实验室，西安７１００６５；２中国石油集团石油管工程技术研究院石油管力学和环境行为重点实验室，西安７１００６５）————ＹＡＮＧＤｏｎｇｐｉｎｇ，ＸＵＣｏｎｇｒａｉｎ，ＬＵＯＪｉｎｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＫｅ，ＬＩＨｕｉｈｕｉ（１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ’’ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＴｕｂｕｌａｒ’Ｇｏｏｄｓ，ＣＮＰＣＴｕｂｕｌａｒＧｏｏｄｓＲｅｓｅａｒｅｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用慢应变速率拉伸（ＳＳＲＴ）实验研究了Ｘ８０管线钢及其焊缝在近中性的ＮＳ４溶液中的应力腐蚀行为与敏感性。结果表明：Ｘ８０管线钢及其焊缝主要是塑性损失，且焊缝塑性损失大于母材；Ｘ８０管线钢及其焊缝在空气中属于典型的韧性断裂特征，在ＮＳ４溶液中属于穿晶应力腐蚀开裂（ＴＧＳｃｃ），在ＮＳ４溶液中母材和焊缝断口中间区域比断口边缘区域表现出更明显的脆性断裂特征。电位在大于一７４９．８６ｍＶ时，ＳＣＣ机制为阳极溶解机制，在一７４９．８６～一８３９．１９ｍＶ之间时为阳极溶解和氢脆混合机制，小于一８３９．１９ｍＶ时为氢脆机制。关键词：Ｘ８０管线钢；应力腐蚀开裂；慢应变速率拉伸—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．０１．０１６中图分类号：ＴＧ１７２文献标识码：Ａ——文章编号：１００１４３８１（２０１５）０１００８９０７Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ（ＳＣＣ）ｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌａｎｄｗｅｌｄｊｏｉｎｔｉｎＮＳ４ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｓｌｏｗｓｔｒａｉｎｒａｔｅｔｅｎｓｉｏｎ（ＳＳＲＴ）ｔｅｓｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌａｎｄｗｅｌｄｊｏｉｎｔａｐｐｅａｒｍａｉｎｌｙｐｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｏｆｗｅｌｄｊｏｉｎｔｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｂａｓｅｍｅｔａ１．ＴｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｏｆＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌａｎｄｗｅｌｄｊｏｉｎｔｅｘｈｉｂｉｔｓｔｙｐｉｃａｌｄｕｃｔｉｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅａｉｒ，ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｇｒａｎｕｌａｒＳＣＣｉｎＮＳ４ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｂｏｔｈｂａｓｅｍｅｔａ１ａｎｄｗｅｌｄｏｉｎｔ’ｆｒａｃｔｕｒｅＳｍｉｄｄｌｅａｒｅａｓｏｆＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｅｘｈｉｂｉｔｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｅｄｇｅａｒｅａｉｎＮＳ４ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＸ８ＯｓｔｅｅｌｉＳａｎｏｄｉｃｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ（ＡＤ）ａｂｏｖｅ一７４９．８６ｍＶ，ａｎｄｔｈｅｍｉｘｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＡＤａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ（ＨＥ）ｂｅｔｗｅｅｎ一７４９．８６一一８３９．１９ｍＶ，ａｎｄＨＥｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｌｏｗ一８３９．１９ｍＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｘ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ；ｓｌｏｗｓｔｒａｉｎｒａｔｅｔｅｎｓｉｏｎ随着能源需求量的不断增加，远距离油气开采及输送越来越多，输送安全性、输送效率和管道建设成本成为必要的因素，因此大口径高压运输及采用高钢级管材是石油、天然气输送管道发展的一个必然趋势］。油气管道埋地较深，铺设距离长，所经复杂的地形形貌和土壤环境对管线钢产生重要的影响，其中由外部土壤介质引起的应力腐蚀开裂不容忽视，是埋地管道的重要失效形式之一。土壤介质引起的应力腐蚀开裂（ＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇ，ＳＣＣ）是埋地管道发生突发性破裂事故的主要危害之一。它是一种极其危险的低应力破坏形式，通常发生的速度很快，在没有明显预兆的情况下突然发生，产生的后果严重。目前，国内外学者对管线钢应力腐蚀开裂行为和机理作了大量的研究，主要分为高ｐＨＳＣＣ和近中性ｐＨＳＣＣ［２４］。高ｐＨ值ＳＣＣ最早在美国发现，已经有４ｏ多年，属于沿晶应力腐蚀开裂第４３卷第１期０．８设计系数用Ｘ８０管线钢在近中性ｐＨ溶液中的应力腐蚀开裂行为９５［５］［６］［７］Ｅ８］［９］［１０］［１１］［１２］［１３］—力腐蚀敏感性口］．机械工程材料，２０１２，３６（８）：４６５ｏ．ＭＥＮＧＸｕ，ＹＵＨｏｎｇｙｉｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎ，ｅｔａ１．Ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｏｆＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＺｈａｎｇｓｈｕａｒｅａｓｏｉｌ［Ｊ￣．ＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３６—（８）：４６５０．程远，俞宏英，王莹，等．应变速率对ｘａ０管线钢应力腐蚀的影响ｊ－ｊ］．材料工程，２０１３，（３）：７７８２．—ＣＨＥＮＧＹｕａｎ，ＹＵＨｏｎｇｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒａｉｎｒａｔｅｏｎｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｏｆｘａ０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２Ｏ１３，（３）：７７８２．郏义征，李辉，胡楠楠，等．外加阴极电位对Ｘ１００管线钢近中性ｐＨ值应力腐蚀开裂行为的影响［Ｊ］．四川大学学报，２０１３，４５（４）：—１８６１９１．———ＸＩＡＹｉｚｈｅｎｇ，ＬＩＨｕｉ，ＨＵＮａｎｎａｎ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｃａｔｈｏｄｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｎｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｎｅａｒｎｅｕｔｒａｌｐＨＳＣＣｏｆＸｌ００ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３，４５（４）：１８６—１９１．程远，俞宏英，王莹，等．外加电位对Ｘ８０钢在南雄土壤模拟溶液—中应力腐蚀行为的影响［Ｊ］．腐蚀与防护，２０１３，３４（１）：１３１７．—ＣＨＥＮＧＹｕａｎ，ＹＵＨｏｎｇｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｐ—ｐｌｉｅｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｏｎｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｏｆＸ８０ｓｔｅｅｌｉｎｓｉｍｕｒａｔｅｄＮａｎｘｉｏｎｇｓｏｉｌｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１３，—３４（１）：１３１７．王炳英，霍立兴，王东坡，等．Ｘ８０管线钢在近中性ｐＨ溶液中的应—力腐蚀开裂［Ｊ］．天津大学学报，２００７，４０（６）：７５７７６０．———ＷＡＮＧＢｉｎｙｉｎｇ，ＨＵＯＬｉｘｉｎｇ，ＷＡＮＧＤｏｎｇｐｏ，ｅｔａ１．Ｓｔｒｅｓｓ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｏｆＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｉｎｎｅａｒｎｅｕｔｒａｌｐＨｖａｌｕｅｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７，４０（６）：７５７７６Ｏ．陈旭，吴明，何川，等．外加电位对Ｘ８０钢及其焊缝在库尔勒土壤—模拟溶液中ＳＣＣ行为的影响［Ｊ］．金属学报，２０１０，４６（８）：９５１９５８．ＣＨＥＮＸｕ。ＷＵＭｉｎｇ，ＨＥＣｈｕａｎ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｐｏｔｅｎｔｉａｌ’—ｏｎＳＣＣｏｆｘａ０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌａｎｄｉｔｓｗｅｌｄｊｏｉｎｔｉｎＫｕｅｒｉｅｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１０，４６（８）：９５・１９５８．ＫＥＮＴＩＳＨＰＪ．Ｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｆａｉｌｕｒｅｓ：ａｕｓｔｒａｌｉａｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８５，２０（３）：１３９—１４６．ＣＨＥＮＧＹＦ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｎｎｅａｒ－ｎｅｕｔｒａｌｐＨｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｓＥＪ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２００７，５２（７）：２６６１２６６７．ＰＡＲＫＩＮＳＲＮ．Ｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋ—ｇｒｏｗｔｈｋｉｎｅｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，１９８７，４３（３）：１３０１３９．ＰＩＬＫＥＹＡＫ．ＩＡＭＢＥＲＴＳＢ．ＰＬＵＭＴＲＥＥＡ．Ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ［Ｉ４］［Ｉ５］［１６］［１７］Ｌ１８］［１９］［２Ｏ］————ｃｒａｃｋｉｎｇｏｆＸ６０ｌｉｎｅｐｉｐｅｓｔｅｅｌｉｎａｃａｒｂｏｎａｔｅｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｓｏｌｕ－－ｔｉｏｎＥＪ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，１９９５，５１（２）：９１９６．许淳淳。池琳，胡钢．Ｘ７０管线钢在ＣＯｉ一／ＨＣＯｙ溶液中的电化—学行为研究［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２００４，１６（５）：２６８２７１．——ＸＵＺｈｕｎｚｈｕｎ，ＣＨＩＬｉｎ，ＨＵＧａｎｇ．ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＸ７０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｉｎｃｏｉ／ＨＣＯｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，１６（５）：２６８—２７１．范林，刘智勇，杜翠薇，等．ｘａ０管线钢高ｐＨ应力腐蚀开裂机制与电位的关系ｌＪ］．金属学报，２０１３，４９（６）：６８９６９８．——ＦＡＮＬｉｎ，ＬＩＵＺｈｉｙｏｎｇ，ＤＵＣｕｉｗｅｉ，ｅｔａ１．ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｈｉｇｈｐＨｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄａｐｐｌｉｅｄｐｏｔｅｎｒｉａｌｓｏｆｘａｏｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＡｃｔａＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１３，４９—（６）：６８９６９８．束德林，凤仪，陈九磅．工程材料力学性能［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．—ＳＨＵＤｅｌｉｎ，ＦＥＮＧＹｉ，ＣＨＥＮＪｉｕｂａｎｇ．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，２００５．褚武扬，乔利杰，陈奇志．断裂与环境断裂［Ｍ］．北京：科学出版—社，２０００．２５３１．—ＺＨＵＷｕｙａｎｇ，ＱＩＡＯＬｉ－ｊｉｅ，ＣＨＥＮＱｉｚｈｉ．ＦｒａｃｔｕｒｅａｎｄＥｎｖｉ—ｒｏｎｍｅｎｔＦｒａｃｔｕｒｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００５．２５３１．ｏＧＵＮＤＥＩＥＧ１，ＷＨＩＴＥＷＥ．Ｓｏｍｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｏｆｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｉｎａｑｕｅｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，１９８６，４２（２）：７１７８．—ＰＡＲＫＩＮＳＲＮ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｆａｉｌｕｒｅ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓＳｃｉ，１９８０，２０（２）：１４７１６６．李超，杜翠薇，刘智勇，等．Ｘ１００管线钢在酸性土壤模拟溶液中的应力腐蚀行为［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２０Ｉ２，２４（４）：３２７３３１．——ＩＩＣｈａｏ，ＤＵＣｕｉｗｅｉ．ＬＩＵＺｈｉｙｏｎｇ，ｅｔａ１．ＳｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＸ１００ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｃｉｄｓｏｉｌ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，２４—（４）：３２７３３１．基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（２０１３ＪＫＯ８９５）；陕西省重点学科专项资金资助项目（ｙｓ３７０２０２０３）———收稿日期：２０１４０３１８；修订日期：２０１４１０２４通讯作者：胥聪敏（１９７７一），女，博士，副教授，主要从事材料腐蚀及防护方面的研究，联系地址：陕西省西安市雁塔区电子二路１８号西安石—油大学材料科学与工程学院（７１００６５），Ｅｍａｉｌ：ｃｍｘｕ＠ｘｓｙｕ．ｅｄｕ．ｃｎ