湿硫化氢环境中双金属复合管焊接接头的应力腐蚀损伤行为研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun_sun
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随着全球工业化进程的加快和能源需求的增加,含有硫化氢的高腐蚀性油气田逐渐被开发利用。Incoloy825/X65双金属复合管可充分发挥两种材料的优势,能同时满足耐腐蚀性、力学性能和成本效益的要求,因此被广泛应用于油气输送领域。但由于双金属复合管焊接接头存在元素扩散、组织不均匀及应力梯度大等特点,对复合管的耐腐蚀性造成了影响。因此论文对含湿硫化氢环境中Incoloy825/X65双金属复合管焊接接头的应力腐蚀损伤行为进行了研究。复合管焊接接头三区交汇区域(Incoloy825、X65及焊缝交汇处)晶粒粗大,在靠近熔合线的区域硬度增加,原因是三区交汇区域经历了爆炸焊和熔化焊两次焊接热循环,在冷却收缩后处在三向受拉状态,导致了该区域塑性降低,硬度升高,脆性增加。通过EBSD分析表明三区交汇区域应力较为集中,且观察到X65侧距离熔合线30μm范围内存在一条平行于熔合线且连续而平直的晶界,类似于外延生长结构,在此范围内存在较高的应力。EDS结果显示三区交汇区域覆层/焊缝熔合线处有Cr的缺失带。这些现象都为裂纹的萌生及扩展创造了条件。在模拟的湿硫化氢环境中进行CBB试验,结果发现裂纹沿着覆层/焊缝熔合线及与基层/焊缝熔合线平行,存在于基层侧的平直晶界扩展,表明基层侧存在的平行于熔合线的平直晶界具有较高的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性;三区交汇区域有益元素的缺失、应力集中的特点为裂纹的萌生创造了条件。利用纳米压痕试验对应力腐蚀前后材料的力学性能进行研究,结果表明,应力腐蚀对不同材料力学性能的影响不同,应力腐蚀后X65弹性模量和硬度增加,镍基金属弹性模量和硬度降低。小冲杆试验结合电解充氢试验探究复合管焊接接头抵抗氢损伤的结果显示:在氢的影响下,复合管焊接接头不同材料的最大载荷、最大位移及断裂能都有明显降低的趋势,氢不仅增加了材料的脆性,还降低了材料的强度;宏观断口显示,氢易导致材料产生二次开裂;微观上,覆层、基层、焊缝和熔合线区域在氢的影响下,韧窝由小而深转变成大而浅,展现出韧性变差的特点;焊缝充氢后韧性断裂和脆性断裂的特征共存,出现了穿晶断裂的准解理形貌。
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