随着国家工业的高速发展,我国对于石油及天然气的需求量也与日俱增。X70管线钢作为一种高钢级管线钢,被大量运用于我国“西气东输”工程中。由于X70管线钢的服役环境中包含许多酸性气体及物质,其非常容易发生应力腐蚀开裂,造成重大事故,因此研究如何提升X70管线钢的抗应力腐蚀性能具有重要的实际意义。激光冲击强化作为一种新型表面处理方法,其能够在材料表面诱导一定深度的残余压应力,同时优化微观组织结构,从而提升材料的抗应力腐蚀性能。本文以X70管线钢为研究对象,采用不同层数的激光冲击方式,通过慢应变速率拉伸试验,观察并研究了断口形貌、力学性能及微观组织,分析了不同层数激光冲击对X70管线钢抗应力腐蚀性能的影响,阐明了激光冲击强化处理能够提升X70管线钢抗应力腐蚀性能的内在机理。主要研究工作如下:(1)通过慢应变速率拉伸试验,研究了不同激光冲击层数以及不同腐蚀溶液浓度对X70管线钢抗应力腐蚀性能的影响。结果表明X70管线钢在腐蚀溶液中具有应力腐蚀敏感性,且浓度越高,材料的应力腐蚀敏感性越强。激光冲击强化处理增大了X70管线钢的极限抗拉强度,延长了其失效时间,提升了其抗应力腐蚀性能。在相同激光能量下,增加激光冲击层数可以进一步提升其抗应力腐蚀性能。(2)研究了X70管线钢应力腐蚀开裂后断口的形貌特征。在空气中,相比于未冲击试样,激光冲击后试样的应力腐蚀断口的剪切唇区域面积增大,区域内韧窝分布更加均匀。在溶液中,未冲击试样从韧性断裂转变为脆性断裂,而激光冲击强化处理后试样的断裂形式为混合断裂,这是由于裂纹不易从表面萌生,同时裂纹扩展方向增多,导致拓展速率下降。表明激光冲击强化处理后X70管线钢的抗应力腐蚀性能得到提升。(3)研究了不同层数激光冲击后X70管线钢硬度、残余应力及微观组织结构对其抗应力腐蚀性能的影响。激光冲击强化处理显著提升了X70管线钢试样的表面显微硬度,相比未冲击试样,一层激光冲击后试样的显微硬度提升了16%,二层激光冲击后试样的显微硬度提升了25%。激光冲击在X70管线钢表面诱导产生了高幅残余压应力,未冲击试样表面初始应力值为30 MPa,一层激光冲击后表面应力值为-590 MPa,影响深度310μm,二层激光冲击后表面应力值-701 MPa,影响深度360μm。残余压应力阻碍了应力腐蚀裂纹在材料表面的萌生,使得裂纹拓展的方向增多,同时降低了裂纹向试样内部拓展的速率。70管线钢的原始晶粒较大,一层激光冲击后,表面晶粒尺寸减小至纳米级。细化的晶粒具有更多的晶界,使得氢原子在晶粒中的扩散路径变得复杂,同时使裂纹拓展受到的阻力增大,降低了裂纹的拓展速率。二层激光冲击后,部分珠光体组织发生了相变,生成了位错密度更大、组织更加均匀、抗应力腐蚀性能更好的贝氏体铁素体组织。(4)利用ABAQUS软件仿真研究了不同激光能量、不同冲击层数对X70管线钢残余应力分布的影响。激光能量为3 J时,模型表面产生了一定的残余压应力,但是影响深度较浅,分布不够均匀;激光能量为6 J时,模型表面的残余压应力值明显增大,影响深度更深,且分布较为均匀。相同激光能量下,二层激光冲击比一层激光冲击诱导的残余压应力值更大、影响深度更深。实际试验所采用的激光能量为6 J,诱导的残余压应力与模拟结果具有一致性。综上所述,本文为研究激光冲击强化处理提升X70管线钢抗应力腐蚀性能提供了一定的理论参考及试验依据。