湿硫化氢环境下Fe-Mn-C-Mo钢表层马氏体对其氢脆性能的影响

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongmenglina
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硫化氢(H2S)是石油、天然气在开采和运输过程中常见的有害介质之一,它具有强的腐蚀性和破坏性,严重地影响了石油、天然气等资源的开发,制约了油气装备材料的发展。伴随着石油、天然气资源需求的日益增加,更高强度级别的油井管和管线钢的开发和需求变的更为迫切,然而材料的强度越高,其对氢脆则越敏感,从而,抗氢脆性能降低。因此,在提高材料强度级别的同时必须兼顾其抗氢脆性能。TWIP(Twinning induced plasticity)钢是一种具有高塑性、高强度、高应变硬化能力的新一代高强钢,目前国内外都在积极研发。此外,由于氢在奥氏体TWIP钢(FCC)中的溶解度大且扩散速度慢,使其具有良好的抗氢脆性能。因此,高锰TWIP也被视为未来能源领域的重要材料,特别是在含硫化氢的油气井的开采和管道运输中有广阔的应用前景。本文通过在湿硫化氢环境下的慢速率应力腐蚀开裂实验和应力环实验研究Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.%)(16Mn)和Fe-25Mn-0.4C-2Mo(wt.%)(25Mn)两种TWIP钢中热诱导形成的表面马氏体对其氢脆性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析表明:16Mn钢表面形成了含有ε-马氏体和α′-马氏体的厚度小于150μm的区域。形成的含马氏体区域降低了其抗氢脆性能。相比之下,25Mn钢表面形成的含马氏体区全部为α′-马氏体,并且其对材料的抗氢脆性能几乎没有影响。这一定程度上是因为16Mn钢表面形成的马氏体区加快了腐蚀反应速率从而产生了更多的氢。而且,16Mn钢中ε-马氏体和机械奥氏体孪晶包含互相垂直和平行的两种位向关系,都会产生大量被报道为氢陷阱的ε/孪晶界面,氢原子易在此处聚集,产生表面裂纹,促使材料失效。
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