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X80鋼及焊接接頭在高pH環(huán)境中的慢應(yīng)變拉伸試驗(yàn)研究

呂玉榮

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南鶴壁458030

[摘要]采用慢應(yīng)變速率拉伸(SSRT)試驗(yàn)觀察研究了X80管線鋼及焊接接頭在0.5mol/L Na2CO3+1mol/L NaHCO3溶液中的應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)敏感性。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著外加電位的負(fù)移，斷裂時(shí)間、斷面收縮率、應(yīng)變量都明顯變??；X80管線鋼及焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增加，施加相同外加電位時(shí)，焊接接頭較母材的應(yīng)力腐蝕敏感性增加。

[關(guān)鍵詞]X80管線鋼；SSRT；CO32-－HCO3-溶液

前言

X80鋼是目前國際鋪設(shè)的最高強(qiáng)度級(jí)別的管線鋼，但由于管道輸送過程中，焊接接頭處是薄弱環(huán)節(jié)，最容易發(fā)生生突發(fā)性破裂事故，所以加緊X80管線鋼及焊接接頭的研究有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

土壤介質(zhì)引起的應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)危害較大，而管線鋼SCC可分為高pHSCC和近中性pHSCC。為便于研究，本文采用0.5N Na2CO3+1N NaHCO3溶液來模擬高pH值土壤環(huán)境，就X80鋼及焊接接頭的應(yīng)力腐蝕進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1、試驗(yàn)選材

本試驗(yàn)所用材料是X80鋼，密度為7.9g/cm3。所用材料分別取材于母材和焊縫處，經(jīng)過機(jī)械加工做成試樣。所得試樣的形狀和尺寸如圖1所示。

2、試驗(yàn)設(shè)備

選用國產(chǎn)SCC－1型應(yīng)力腐蝕測量系統(tǒng)對(duì)試樣進(jìn)行慢應(yīng)變速率拉伸(SSRT)試驗(yàn)。

3、試驗(yàn)介質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)用0.5mol/LNa2CO3＋1mol/L NaHCO3溶液，所用溶劑為去離子水。

4、試驗(yàn)結(jié)果及分析

在試驗(yàn)設(shè)備上分別測試母材和焊縫在-1000mV、-800mV、-730mV、-600mV自腐蝕電位下和空拉時(shí)的應(yīng)力腐蝕敏感性。通過對(duì)母材在不同外加電位下拉伸時(shí)的曲線和斷裂壽命、斷面收縮率、抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變量與空拉時(shí)的值比較，觀察其變化規(guī)律。

圖2為母材在不同外加電位下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。從圖2中可以看出，曲線的變化具有一定的規(guī)則性?？绽瓡r(shí)無論是抗拉強(qiáng)度還是斷裂壽命都是最大的；當(dāng)有外加電位時(shí)，隨著電位的負(fù)向增大，抗拉強(qiáng)度逐漸增大，斷裂壽命卻逐漸減小，并且其減小量受電位影響很大，呈現(xiàn)急劇下降趨勢。但同空拉曲線比較得出：外加電位對(duì)埋地管線鋼的失效影響很大。

表3為母材的應(yīng)力腐蝕破裂參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)看出：當(dāng)外加負(fù)電位值增加時(shí)，斷裂壽命明顯減小，說明陰極保護(hù)對(duì)應(yīng)力腐蝕有促進(jìn)作用。斷面收縮率隨著電位的增大明顯增大，說明試樣斷裂時(shí)的變形越來越大，其脆性斷裂越不顯著，其中，以空拉時(shí)的斷面收縮率最大。外加電位對(duì)抗拉強(qiáng)度無明顯影響，說明抗拉強(qiáng)度是材料本身的性質(zhì)，外界影響不大，只是空拉時(shí)會(huì)比加電位時(shí)稍微大一些。應(yīng)變量的變化最明顯，在空拉時(shí)屬于典型的塑性斷裂，當(dāng)存在外加電位時(shí)，隨著負(fù)電位數(shù)值的增大，脆性斷裂越明顯。

表3　母材的應(yīng)力腐蝕破裂參數(shù)

圖3為焊縫在不同外加電位下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。從圖3中可以看出隨著電位負(fù)向增加，抗拉強(qiáng)度基本上不變，但仍以空拉時(shí)最大。斷裂壽命則隨著電位的負(fù)向增大而明顯減小，空拉時(shí)由于試驗(yàn)設(shè)備原因?qū)е驴绽€在下滑階段有所失準(zhǔn)，故不在試驗(yàn)考慮之內(nèi)。因此焊縫的應(yīng)力腐蝕敏感性隨著電位的負(fù)向增加而增強(qiáng)。從表4中可以看出，隨著電位數(shù)值的負(fù)向增加，斷裂壽命增加，抗拉強(qiáng)度處于540N左右波動(dòng)，應(yīng)變量則明顯的減小，證明外加陰極電位促進(jìn)了焊縫的應(yīng)力腐蝕破裂。將表4與表3比較可以看出，在相同的外加電位下，焊縫比母材的斷裂壽命明顯減少。

表4　焊縫在不同外加電位下的應(yīng)力腐蝕參數(shù)

5、結(jié)論

1)母材和焊縫的腐蝕敏感性都會(huì)受到外加電位的影響，并且電位的負(fù)向值越大時(shí)，受到的影響越明顯。隨著外加電位的負(fù)移，母材和焊縫的斷裂時(shí)間、斷面收縮率、應(yīng)變量都明顯變小，X80管線鋼及焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增加，施加相同外加電位時(shí)，焊接接頭較母材的應(yīng)力腐蝕敏感性增加。2)在相同的外加電位下，焊縫比母材更易受到應(yīng)力腐蝕的影響，斷裂壽命明顯減少，即焊縫更易受到腐蝕，焊接接頭較母材的應(yīng)力腐蝕敏感性增加。

呂玉榮（1982- ），女（漢族），山東濰坊人，鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

作者簡介