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瀏覽✘₪╃☁:- 釋出日期✘₪╃☁:2022-09-26 10:30:39【

摘 要:採用光學顯微鏡▩▩•、掃描電子顯微鏡▩▩•、能譜儀等分析了氫致開裂管線鋼試樣的夾雜物形貌 和成分,結合試驗對管線鋼的開裂原因進行了綜合分析,並提出了工藝最佳化措施,結果可為抗酸腐 蝕管線鋼的生產和研發提供借鑑·│✘╃。

關鍵詞:管線鋼;硫化錳;硫化氫;混合夾雜物;氫致開裂;階梯狀裂紋 

中圖分類號:TF4                                           文獻標誌碼:A                                             文章編號:1001-4012(2022)08-0009-04


石油天然氣中含有大量的 H2S,CO2 等氣體,這些 氣體會對輸送天然氣的管道材料造成嚴重腐蝕·│✘╃。抗應 力腐蝕開裂(SCC)試驗和抗氫致開裂(HIC)試驗是檢 驗管線鋼效能▩▩•、確保輸油管正常執行的重要方法·│✘╃。 

筆者對在氫致開裂試驗中出現腐蝕裂紋的管線 鋼進行分析,對裂紋處的非金屬夾雜物進行統計,研 究了硫化錳混合夾雜物對管線鋼氫致開裂效能的影 響;結合管線鋼的生產工藝,綜合分析了管線鋼腐蝕 裂紋出現的主要原因,並提出相關控制措施,為抗酸 管線鋼的生產和研發提供理論依據·│✘╃。

1 試驗方法 

1.1 試驗材料 

試驗材料為 X65MS 抗酸腐蝕管線鋼,其最低 屈服強度為450MPa,經過正火處理,其主要化學成 分如表1所示·│✘╃。

1.2 H2S腐蝕試驗方法 

按照 NACETM0284—2011《管線鋼和壓力容 器抗氫致開裂評定方法》進行氫致開裂試驗,實驗室 H2S腐蝕反應裝置外觀如圖1所示,H2S氫致開裂 試驗過程如圖2所示·│✘╃。試驗步驟如下所示·│✘╃。

(1)選取48個試樣,將每個試樣的6個表面進 行水磨或幹磨,所有試樣表面均需要用200 # 砂紙打磨拋光·│✘╃。

(2)用丙酮進行除油,用乙醇溶液進行清洗,脫 脂後,試樣應存放在乾燥容器中,存放時間不大於 24h·│✘╃。 

(3)配製試驗所需溶液,測試並記錄其pH·│✘╃。清 洗試樣後,將其裝夾在特製的有機玻璃夾上,並放入 試驗容器中,接著把溶液注入容器,將容器密封·│✘╃。 

(4)為了防止試樣表面被氧化,減少氧化作用對 滲氫的影響,要向容器中通入氮氣來置換溶液中溶解 的氧氣·│✘╃。停止通入氮氣後,開始以200mL/min的速 率通入 H2S氣體,持續1h,直到溶液達到飽和狀 態,並保持 H2S氣體正壓·│✘╃。 

(5)用碘滴定法測定溶液中 H2S的體積分數, 最小應為2.3×10 -9,並保持溶液的飽和狀態96h·│✘╃。 

(6)通氣結束後用氮氣置換,然後將試樣取出,在 自來水下反覆沖洗,將試樣表面的蛋黃色腐蝕產物用 砂紙去除乾淨,接著用蒸餾水清洗,並在冷風下吹乾·│✘╃。

1.3 觀察分析方法 

對試樣表面進行宏觀觀察,如有氫鼓泡,用數碼 相機拍下照片·│✘╃。試樣縱截面經過機械磨拋後,利用 DMI-5000M 型光學顯微鏡(OM),EVO MA15型 掃描電子顯微鏡(SEM),能譜儀(EDS),ASPEX 型 大型非金屬夾雜物全自動分析儀對夾雜物進行觀察 分析·│✘╃。 

2 試驗結果與分析 

2.1 夾雜物的種類 

管線鋼中常見的夾雜物為矽酸鹽▩▩•、鋁酸鈣▩▩•、氮化鈦▩▩•、硫化錳等·│✘╃。這4種夾雜物均對氫致裂紋的產生 有較大影響·│✘╃。鋼與夾雜物的介面容易形成孔洞或者 微裂紋·│✘╃。 

氫致開裂是指在金屬中存在氫或氫與金屬互動 作用引起開裂而導致其失效的現象,也稱為氫脆[1]·│✘╃。 氫原子進入管線鋼後,易富集在 MnS或 Fe的介面 及 C,Mn,P等元素偏析的異常組織中[2],在較高拉 應力狀態下的區域或各種捕集氫的陷阱處擴散富 集,引起鋼材脆化開裂·│✘╃。該類裂紋為突發性裂紋,裂 紋擴充套件迅速,從裂紋形成到斷裂有的只需幾小時·│✘╃。 

1 # 試樣經 H2S腐蝕後,發現較大尺寸的裂紋, 裂紋長度為139.4μm(見圖3)·│✘╃。在SEM 下觀察,該 裂紋形貌呈長條棗核狀,裂紋兩端尖銳並有延伸趨 勢,中間寬大並伴有大量暗黑色夾雜物·│✘╃。

對1 # 試樣的裂紋區域進行面掃描,結果如圖4 所示·│✘╃。圖中明亮區域覆蓋程度和亮度分別代表該元 素的分佈和聚集情況·│✘╃。掃描區域中含有大量的 Al, Ca,O 元素,而且分佈區域重合,說明該區域主要是 鋁酸鈣·│✘╃。在夾雜物的邊緣有少量的 Mg,S,Ti元素, 說明這是一個以鋁酸鈣為主的混合型夾雜物·│✘╃。