管线钢焊接接头在h2s环境下应力腐蚀开裂行为分析

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1、◆5．2．3D方法对实验温度的要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯345．2．4D方法试验程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯345．3本实验的试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35第六章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40发表论文和参加科研情况说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。42致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43第一‘章绪论1．1前言第一章绪论输油气管道安

2、全一直以来都是工程技术人员关注的焦点，而管道的连接往往是靠焊接完成的。由于管道具有体积巨大及焊接工艺的复杂性等特点，导致其在焊接接头处易产生焊接缺陷和复杂的残余应力，又由于油气输送中H2s的含量偏高，具备了产生氢致开裂(HIC)和硫化氢应力腐蚀(scc)的必备条件。因此，为保障管线钢安全可靠地运行，对管线钢焊接接头的抗HIC性能和抗H2s应力腐蚀开裂性能进行研究和探索，具有重大的理论意义和工程应用价值。1．2管线钢的氢致开裂1972年，在阿拉伯的Ummshaif'海湾新建成的一条含酸性介质的原油管线破裂，这条管线采用了当时认为可阻止H2s腐蚀的钢材制造，服役

3、才几个星期，就发生了HIC破坏，这条管线采用x65低碳微合金钢制造，钢中S<0．005％。事后对事故原因调查结果认为：由于控轧工艺不良，形成了严重的铁素体织构组织，使MnS夹杂物呈明显带状并具有方向性，因此，仅靠脱硫并不能完全阻止HIC开裂，还应避免不良的控轧工艺。对于更恶劣的腐蚀环境，80年代初开始采用NACETM．01．77溶液进行氢致开裂试验。国内外许多重要的油、气管线都提出了HIC试验要求，我国前些年对这方面没有提出要求，但近期对HIC性能的要求逐渐得到关注。◆．．1．3管线钢的应力腐蚀早在40年代末，美国和法国在开发含H2S酸性油气田时，发生了大量

4、的硫化物应力腐蚀(SulfideStressCorrosionCracking，简写为SSCC)事故。近30多年以来，在加拿大石油天然气管道输送系统llJ，由于应力腐蚀开裂引起的近22起破裂事故，其中包括12起管道断裂和IoK泄漏事件。2／3以上的应力腐蚀开裂事故均发生在天然气输送管道一l-_，断裂事故的平均损失(直接损失)高达150万美元，第一·章绪．沦泄漏事故的直接损失达15万美元。而造成的间接损失难以定量估计，包括对居民的冲击影响、管道输气量的减少、输送市场份额的潜在损失和管道系统可靠性信誉的降低⋯。美国路易斯安那州输油气管线和沙特阿拉伯东部地区阿t-

5、凯克油田油井管线，由于管线破裂漏油事故，分别于1965年3月和1977年4月，发生了火灾，造成多人死亡的惨剧，引起巨大的人员伤亡和经济损失。调查分析表明破裂都是由管道外侧产生应力腐蚀所引起12】。国内油田和输油气管线中类似事故也时有发生，比如1968年威远至成都的输油气管线泄漏爆炸事件，四门I气田因一个阀发生应力腐蚀破裂漏气引起的22天大火。至1993年底，仅我国四川石油管理局输气公司经管的输气干线共发生78次因H2S偏高引起的SCC破裂事故【31。统计结果表明，应力腐蚀开裂是输气管道最主要的失效形式。管线钢在拉应力加上特定的腐蚀环境下产生的低应力脆性断裂现

6、象称为应力腐蚀开裂(SCC)。管线钢中引发应力腐蚀开裂须具备三个条件，即拉应力、特定的腐蚀介质和敏感的材料，如图1．1所示。拉伸应力可以是由金属热处理或加工过程产生的残余应力，也可以是外加载荷产生，或者由这些冈素的共同作用而产生。图l-l应力腐蚀开裂所需的条件Fig．1-1Requiredconditionsforstresscorrosioncrack2第。‘章绪论应力腐蚀裂纹的基本特征可描述如下：从外观上看没有明显的均匀腐蚀迹象，其形态主要为稀松分布的网状或者龟裂状，产生大量分叉，扩展方向与影响其产生及扩展的应力方向相垂直。深入到金属内部的应力腐蚀裂纹，

7、能像植物根须一样南表面向纵深发展。表卜l金属材料与易产生应力腐蚀裂纹的环境匹配Table1-1MetalmaterialsandcorrespondingconditionsforSCCtoOCCUr金属材料腐蚀环境低碳钢沸腾的NaOH、N03‘、海水等高强钢海洋气氛、H2S水溶液、CI。、S032。铁素体不锈钢溶液、海水、高温高压水等奥氏体不锈钢海水、H2S水溶液、H2S04、氢化物水溶液沉淀强化不锈钢海洋气氛、H2S水溶液铝合金氢化物、海洋气氛钢锌合金氯离子钛合金HN03、HF镍合金HF、NaOH、氟硅酸镁合金海洋气氛、工业大气应力腐蚀开裂的断口形式往往

8、是典型的脆性断口。一般来讲，低碳钢、低合金高强度钢、