X70管线钢焊接接头在海洋环境下应力腐蚀行为研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haohmf
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我国海洋油气资源丰富,随着海洋工程发展战略的推进,海底管道的腐蚀问题日益凸显。特别是海底地形、洋流、地质因素而产生众多的附加结构拉应力,再加上管道内压的共同作用,会产生强烈的复合载荷和复杂环境的耦合效应,这就导致海底管线服役时容易发生应力腐蚀开裂而失效,造成严重海洋污染,甚至直接引发重大海洋工程事故。迄今为止,国内外海底管道工程中应用的最高级钢为X70级。由于海底管道采用敷管船流水线作业,要求高效率焊接,对可焊性要求高,X70以上高强度级别钢种现场施工可焊性较差,更容易在焊接接头处发生应力腐蚀开裂现象。因此,研究高级别的X70管线钢焊接接头处在海洋环境中的应力腐蚀行为规律,探索海底管道的焊接接头位置在复杂海洋环境中发生应力腐蚀开裂的机理是十分必要的。通过慢应变速率拉伸实验(SSRT),结合扫描电子显微镜(SEM)对断口进行表征,研究不同浸泡时间(10h,24h,72h,120h)条件下X70管线钢母材和焊接接头在南海海洋环境中的应力腐蚀行为,并利用ABAQUS有限元模拟不同材质(母材、焊接接头)残余应力的分布情况,进一步探究造成X70管线钢母材和焊接接头处应力腐蚀敏感性差异的原因。研究结果表明:在南海模拟溶液中,X70管线钢母材和焊接接头相比空拉情况均表现出明显应力腐蚀敏感性。相同条件下,焊接接头比母材应力腐蚀敏感性更高。这是由于焊接接头处组织结构以针状铁素体以及上贝氏体为主,并且其残余应力明显高于母材处而导致的。随着浸泡时间的增加,X70钢的母材和焊接接头的应力腐蚀敏感性均呈现先增大再减小又增大的趋势,其中浸泡24h时,钢材的应力腐蚀敏感性最高。X70钢母材和焊接接头的应力腐蚀敏感系数ISCC表现出的规律为:ISCC(10h)<ISCC(72h)<ISCC(120h)<ISCC(24h)。金属电极表面的腐蚀产物膜结构形态的不同是引发这种现象的原因所在。通过动电位极化技术、电化学阻抗技术、SSRT,结合金相显微观察腐蚀形貌、XRD产物膜成分分析、SEM表征产物膜状态,研究在南海环境下X70管线钢焊接接头的腐蚀产物膜对应力腐蚀行为的影响规律。并利用有限元分析膜致应力对X70钢焊接接头处发生应力腐蚀开裂的作用机制,进一步探明X70钢焊接接头在南海环境下的应力腐蚀开裂机理。研究结果表明:在南海模拟溶液中,X70钢焊接接头表面的腐蚀产物膜具有双层结构,外层主要为絮状结构的Fe(OH)3和Fe2O3,内层主要为结构致密的Fe3O4。随着浸泡时间的增加,从10h增至120h,腐蚀产物膜的致密性在10h和24h时较为疏松,72h时较为致密,120h时产物膜出现明显的裂纹,致密性下降。相同条件下,金属的腐蚀电流密度也呈现先增大后减小再增大的特征,表现为:Icorr(10h)<Icorr(72h)<Icorr(120h)<Icorr(24h)。腐蚀产物膜产生的膜致应力主要集中分布于X70钢焊接接头的裂纹尖端正前方,对裂纹向正前方扩展具有促进作用。
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