微合金鋼焊接裂紋生長發(fā)育硫化物應(yīng)力開裂條件

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用微合金鋼焊接裂紋地生長發(fā)育硫化物應(yīng)力開裂條件J.L.Albarran,H.F.洛佩茲和L·馬丁內(nèi)斯<提交1997年8月27日,在1998年8月修訂表格 18）在這項工作中,硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂<SSC）地易感性焊接 API-80 管道進(jìn)行了調(diào)查.為此,鋼焊接進(jìn)行了正常地軋制方向使用 60°單V聯(lián)合設(shè)計.經(jīng)過焊接,結(jié)構(gòu)緊湊修改楔開幕載荷 <MWOL地）斷裂力學(xué)標(biāo)本加工和加載應(yīng)用應(yīng)力強度因子,碘化鉀,27日至53兆帕√m.其次標(biāo)本接觸到硫化氫飽和人造海水每個地 M-WOL地標(biāo)本中,如焊縫金屬在焊接過程中開發(fā)地典型顯微 ,<西醫(yī)）,賤金屬<BM）和熱影響區(qū)<HAZ）.沒有試圖建立一個獨特地 KISCC裂紋逮捕,因為它地意義是不明確.定性,實驗結(jié)果表明模式我裝下碘化鉀 40.3兆帕√m僅賤金屬區(qū)域進(jìn)行南南合作.顯然,積裂紋尖端陽極溶解開始地成長過程 ,但它是一個過渡氫致開裂 .在55兆帕√m和類似地曝光時間下,裂紋應(yīng)用碘化鉀賤金屬增長是不連續(xù)地,往往遵循地晶界.此外,HAZ地展出從相對較短地裂紋擴展推斷至少SSC地易感性長度<0.829毫M）.在這種情況下,人們發(fā)現(xiàn),裂紋路徑是由于存在高度曲折針狀鐵素體和成品糧結(jié)構(gòu).被發(fā)現(xiàn)在SSC地最敏感條件焊縫金屬裂紋長度可達(dá)4.2毫M地地方發(fā)展.在這種情況下,存在一個比較粗加上枝隔離樹枝狀結(jié)構(gòu)提供了一個弱裂紋擴展路徑 .b5E2RGbCAP<關(guān)鍵詞: 裂紋地形成,微合金鋼,顯微,酸性氣體環(huán)境中 ,應(yīng)力腐蝕開裂）緒論硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂<SSC）是一個廣為人知地現(xiàn)象,往往導(dǎo)致失敗,在管石油傳輸線,以及在其他油田設(shè)施.在一般情況下,這種退化模式已被歸因于對生產(chǎn)硫化氫新生地氫反應(yīng)與鋼形成FeS地薄膜和新生氫.顯然,從而產(chǎn)生氫氣是無法有效地組合成氣態(tài)氫和高地地區(qū)往往被金屬吸收拉伸性質(zhì)地內(nèi)應(yīng)力<1號）.在比較大地油現(xiàn)場安裝,預(yù)計,焊接結(jié)構(gòu)元件最終會接觸到酸<H2S）氣體環(huán)境.因此,焊接接頭地性能下硫化氫條件下,需要進(jìn)行密切監(jiān)測,以便納入它在焊接結(jié)構(gòu)地設(shè)計.p1EanqFDPw在高強度低合金鋼 <HSLA）鋼暴露變味氣體環(huán)境中 ,SSC地組合通常發(fā)生敏感地微觀結(jié)構(gòu)和拉伸應(yīng)力地存在 <2號）.另外,暴露在無壓力管道變味被稱為環(huán)境氫脆又稱氫致開裂<HIC）發(fā)生<3號,4）.因此,為了減少對環(huán)境地潛在開裂,腐蝕工程師協(xié)會<NACE）已制定了一系列指導(dǎo)方針<5號）,如地NACETM0177-90和NACE議員0175-92,SSC地環(huán)境下,以確保可接受地材料性能.在特別是,最大屈服強度690兆帕<3號）或硬度22HRC<5號）已被確定為限制低合金鋼.然而,NACE標(biāo)準(zhǔn)排名在酸性環(huán)境中地服務(wù)<6號）,耐腐蝕合金新牌號地適用性有限.DXDiTa9E3dHSLA鋼地相對SSC易感性強通過熱處理<7號,8）,以及合金成分和殘余元素地存在<9,10號）地影響.在特別是,非金屬夾雜物,晶界偏析,沉淀,硬帶似乎都影響整體鋼易感性<11號）.RTCrpUDGiTSSC地易感性高強度低合金鋼預(yù)計將在焊接區(qū)域由于存在進(jìn)一步增加非平衡階段,隔離帶,內(nèi)部/殘余應(yīng)力<12號）.據(jù)報道<8號）,酸性氣體高焊接強度或硬度值地敏感性增加,殘余應(yīng)力促進(jìn)SCC地焊縫metalHAZ地區(qū)暴露于酸性環(huán)境開裂,焊接超過1％地鎳電極是要避免,盡量減少KISSC.因此,預(yù)熱和postheat焊接處理經(jīng)常使用,以減少內(nèi)部/殘余應(yīng)力地影響,作為以及焊縫地硬度.弗雷澤和1/6個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用Metzbower工作<13號）表示,裂縫地發(fā)展在焊接地區(qū)地強烈影響 ,由此產(chǎn)生地焊接顯微組織,誘導(dǎo)缺陷,殘余應(yīng)力.此外,onsoien等.<8號）,SSC電阻焊接板可以改善焊后緩慢冷卻.顯然,緩慢冷卻率,促進(jìn)了鐵素體地形成魏氏組織.在這些條件下,SCC門檻應(yīng)力顯著增加了60％至70％屈服強度<8號）.此外,裂紋擴展能率控制任何優(yōu)惠晶界解散和重復(fù)膜破裂<10號）或連續(xù)事件有關(guān)裂紋主要核和聯(lián)動裂紋尖端<14號）.5PCzVD7HxA然而,進(jìn)一步地工作是需要披露地活躍微裂紋地酸性環(huán)境,應(yīng)力狀態(tài)和焊接地微觀結(jié)構(gòu)<15）7號,功能地機制.目前地工作中進(jìn)一步檢查焊接性能管線鋼暴露到南南合作環(huán)境.特別是,它調(diào)查地各種表現(xiàn)地相對敏感性微觀結(jié)構(gòu) ,在焊接區(qū)域,以及賤金屬<骨髓）.jLBHrnAILg實驗過程在這項研究中所用地材料是微管道鋼API-80,根據(jù)地API5XL標(biāo)準(zhǔn).表1給出了鋼板地化學(xué)成分和焊接金屬<西醫(yī)）.焊接完成,手工電弧焊,正常滾動平面地方向,使用單-V地60°聯(lián)合設(shè)計<圖1a）.焊接前,電極在430℃退火,鋼板預(yù)熱200°C圖1<b）所示地實驗裝置,涉及鋼板進(jìn)行焊接.根通,覆蓋10毫M/秒,175A.隨后填料通行證覆蓋7mm/s和175一個,而蓋一層被放置在4mm/s和150A.然后焊接,板在400℃退火1h,然后在靜止空氣中冷卻后地空氣污染指數(shù)1104建議<16號）.焊接板地截面,然后剪切并拋光地金相觀察和硬度輪廓測量,整個基本金屬,焊縫金屬,HAZ地地區(qū).xHAQX74J0X修改楔開幕加載<MWOL）,<17號）地樣品進(jìn)行加工,同時包含從焊接板雙方地焊縫金屬.圖2<a）顯示了示意圖地MWOL試樣尺寸,以及標(biāo)本布局焊接板<圖2b）.標(biāo)本被人為缺口用火花機,銅線,以避免裂紋尖端地集結(jié)內(nèi)部應(yīng)力和加工硬化由于疲勞預(yù)裂.此外,標(biāo)本裝在應(yīng)力強度因子KI30兆帕√m,然后前直到產(chǎn)生裂紋,造成酸媒體.在此時間,標(biāo)本從酸溶液去除.LDAYtRyKfE這樣做是為了盡量減少重熔表面層地影響 ,SSC鋼上易感性.標(biāo)本,然后加載到三個不同地KI值：26.7,40.3, 和52.4兆帕√ m.后面地應(yīng)變技術(shù)<18號）,以測量應(yīng)用碘化鉀.“自裝地M-WOL地標(biāo)本,然后放回飽和與人工海水解決方案<ASTMD-1141）在室溫下地玻璃容器中地pH值在4硫化氫.裂紋在12小時間隔地增長,系統(tǒng)地監(jiān)測.在每次測試結(jié)束后,腐蝕產(chǎn)物地組成分析中地JEOL模型6400型掃描電子微配備與NORAN探針類型Norvar地中范圍<SEM）用于輕元素地檢測.掃描電鏡采用渦輪泵和冷阱,以避免從石油中地碳達(dá)到探測器.峰對應(yīng)地氧氣,以及其他元素,自動識別軟件航海家地硬件<全國計算機技術(shù)有限公司,薩克拉門托,加利福尼亞州）地計算機系統(tǒng).Zzz6ZB2Ltk<a）(b><b）<a）圖1<A）單V型聯(lián)合設(shè)計地焊接.<二）實驗焊接工藝地安排2/6個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2<A）地M-WOL地樣品地幾何和尺寸.<二）從焊接板所采取地樣本布局3.結(jié)果與討論3.1顯微圖3<a）是一種含板焊接顯微BM,熱影響區(qū),和WM地區(qū).請注意,HAZ地延伸約2毫M.圖3<b）顯示了硬度整個焊接板地發(fā)展簡況.在熱影響區(qū)最大硬度值300kg/mm2發(fā)現(xiàn)根通過位置,但他們附近地區(qū)下降至270kg/mm2毗鄰地最后填充通.焊縫金屬具有作為緩解壓力通過由以前填料通行證誘導(dǎo)地合金加熱硬度最低值.表2顯示了SSC地易感性暴露在酸性環(huán)境標(biāo)本地實驗條件和獲得地數(shù)據(jù),包括平均裂縫長度..沒有試圖作出建立具體KISSC值,因為不同地焊縫區(qū)參與,每一個都具有不同地微觀結(jié)構(gòu),內(nèi)部/殘余應(yīng)力狀態(tài),和SSC地敏感性.此外,NACE標(biāo)準(zhǔn)TM0177-90不允許作為有效KISSC測量這些測試,然而,實驗結(jié)果定性提供了寶貴地信息上地相對敏感性焊接地微觀結(jié)構(gòu).dvzfvkwMI1從表2可以看出,標(biāo)本裝入1碘化鉀26.7兆帕√m并沒有表現(xiàn)出裂紋擴展時接觸到了720小時地酸性環(huán)境.在這種情況下,條件有利地裂紋增長tions沒有發(fā)展,盡管事實上,熱影響區(qū)或西醫(yī)硬度高于22人權(quán)委員會提出限制,避免KISSC.顯然,應(yīng)用碘化鉀是有些低于臨界KISSC地需要,以促進(jìn)在任何發(fā)達(dá)地微觀裂紋擴展.這反過來同意與以前地報告KISSC值約26<14號）兆帕√m鋼相同地M那是接近應(yīng)用碘化鉀在特定地標(biāo)本配置,所有地各種微觀是目前整個試樣厚度并接觸到相同地應(yīng)用碘化鉀.因此,相對SSC可以是直接關(guān)系到焊接區(qū)域地敏感性展出地裂紋傳播地長度為一個給定地曝光時間.因此,熱影響區(qū)似乎表現(xiàn)在所有地應(yīng)用碘化鉀至少SSC地易感性,而焊縫金屬成為高度敏感地應(yīng)用碘化鉀 SSC值52.4 兆帕√m.rqyn14ZNXI圖4<A至D）顯示不同地微觀結(jié)構(gòu)特征在基本金屬 ,熱影響區(qū),焊縫金屬開發(fā).該基地金屬熱影響區(qū)毗鄰地區(qū) ,主要包括混合等軸鐵素體和珠光體帶與附近地?zé)嵊绊憛^(qū)地部分再結(jié)晶<圖4b）.熱影響區(qū)下以賤金屬區(qū)域顯示部分再結(jié)晶地地區(qū) <即晶粒尺寸<10微M）和附近地粗晶粒鐵素體焊縫金屬地區(qū)域 <圖4c）.焊縫金屬開發(fā)出了典型地樹突狀晶粒小亞晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) <圖4d）.此外,焊縫金屬具有一定孔隙度,可能是因為氣體滯留在焊接過程中 .EmxvxOtOco表1地API-80鋼板和焊縫金屬化學(xué)成分表2實驗條件和裂紋長度在標(biāo)本暴露于酸溶液3/6個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3<一）顯微焊接板 .<二）整個焊接區(qū)域地硬度型材 <BM,熱影響區(qū),和WM）圖4<一）顯微圖像顯示發(fā)達(dá)國家地各種微觀結(jié)構(gòu)地焊接板 .<二）骨髓組地旁邊 HAZ地組成部分再結(jié)晶晶粒和珠光體區(qū)域 <+RG）.<三）在附近地 WM地區(qū)HAZ地針狀鐵素體發(fā)現(xiàn) .<四）粗樹突狀結(jié)構(gòu)相應(yīng)地WM<光盤版）SixE2yXPq5在中間碘化鉀40.3兆帕√m,裂縫增長率僅為在賤金屬地區(qū)展出.由此產(chǎn)生地裂紋路徑在這種微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生<樣本二）所示圖5<A）.請注意分支裂紋擇優(yōu)沿鐵素體帶地發(fā)展.實驗,它是在這種情況下,裂紋萌生密切相關(guān)沿晶界優(yōu)先合金解散詳細(xì)別處,20<19號）.腐蝕地分析產(chǎn)品內(nèi)發(fā)現(xiàn)地早期裂紋<見箭頭在圖5b）表示,大量地硫,氧地存在,和鐵.然而,進(jìn)一步演變?yōu)榱鸭y,過渡到連續(xù)裂紋增長推測地氫脆未來發(fā)展地主裂紋<主裂紋尖端?80微M）.更深地裂縫,特別是不含有硫或氧.6ewMyirQFL在一個應(yīng)用碘化鉀52.4兆帕√m,裂紋擴展發(fā)現(xiàn)走在焊縫區(qū)域地所有地方.在這些條件下,有一個優(yōu)先溶解缺乏賤金屬重新祗園.相反,連續(xù)裂紋增長是占主導(dǎo)地位從開始.顯然,裂紋擴展是一些什么類似地發(fā)現(xiàn)在試樣S2,優(yōu)先沿晶界地增長<見圖6A）.kavU42VRUs圖7<a）顯示了在熱影響區(qū)裂紋地發(fā)展,其中裂紋往往從鐵素體魏氏部分再結(jié)晶晶粒結(jié)構(gòu)和成<HAZ組織/BM接口）.特別是,它被發(fā)現(xiàn),避免裂紋成長為針狀鐵素體晶粒結(jié)構(gòu)<HAZ）.顯微結(jié)構(gòu),裂紋路徑組成地混合物晶在部分再結(jié)晶地骨髓和穿組件晶粒結(jié)構(gòu)<圖7B）.裂紋擴展到缺乏針狀鐵素體微觀結(jié)構(gòu)以解釋Onsoien等地意見.<8號）.在工作中,他們發(fā)現(xiàn),焊接接頭地抗SSC顯著改善通過使用冷卻速率,促進(jìn)鐵素體地形成側(cè)板.y6v3ALoS89圖5<一）裂縫在BM地成長之路<試樣S2地）.<二）能譜發(fā)現(xiàn)在裂紋元素地個人資料圖6<一）在BM裂縫成長之路<樣本三）.<二）路徑地詳細(xì)信息 ,其次是主裂紋尖端裂紋提前3.2焊縫金屬在焊縫金屬地地區(qū),在焊接過程中提煉和在一定程度上消除了作為開發(fā)地樹突狀矩陣在隨后地填料推移金屬加熱.即使焊縫金屬具有只有一個最小地SSC地易感性在應(yīng)用碘化鉀測試地標(biāo)本低于40兆帕√m,它變得高度變脆,下一個應(yīng)用碘化鉀52.4兆帕√m<標(biāo)本三）.圖8<a）顯示了在裂紋路徑焊縫金屬地區(qū)域.特別是,裂紋往往按照所示地裝飾與碳化物地樹突狀邊界圖.8<B）.樹突狀邊界隔離雜質(zhì)也有助于以逐步產(chǎn)生裂紋路徑開裂模式.此外,裂紋往往走向中部地區(qū)地4/6個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用焊縫金屬地樹突狀顆粒比較粗<圖8b）.它是可能地組合提供了一個比較大地樹突狀顆粒,加上明顯地枝晶偏析用于SSC裂紋弱路徑增長.M2ub6vSTnP在酸性環(huán)境中裂紋生長條件可可謂一個重要條件,是一個功能三個因素地結(jié)合：對于一個給定地潛在裂紋路徑在前面地裂紋尖端地組織,區(qū)域內(nèi)部和外部地壓力,氫濃度.因此,在類似地環(huán)境和施加壓力地主導(dǎo)因素是本質(zhì)地微觀結(jié)構(gòu).0YujCfmUCw因此,潛在地裂紋路徑將提供地微觀結(jié)構(gòu)特征需要至少彈性能量推動鍵打破氫地存在.這同意與實驗轉(zhuǎn)向地區(qū),那里有裂縫觀測裂紋擴展地障礙<圖5和8）,或沿間區(qū)域晶界偏析和連續(xù)接口都可能存在,如焊縫金屬區(qū)域.此外,可以有效地降低殘余應(yīng)力裂紋增長地重要條件,促進(jìn)裂紋向BM/HAZ地地區(qū)轉(zhuǎn)移<圖5）.eUts8ZQVRd最后,目前地工作地結(jié)果表明,根據(jù)類似地酸性氣體環(huán)境和應(yīng)用碘化鉀,焊接板地性能強烈影響由此產(chǎn)生地微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部地應(yīng)力狀態(tài).作為一個一般來說,SSC地條件下裂紋增長將出現(xiàn)每當(dāng)敏感地路徑是在焊接鋼管.這反過來又可以描述應(yīng)用碘化鉀在超過裂紋擴展需要到內(nèi)在KISSC一個給定地微觀結(jié)構(gòu).sQsAEJkW5T<a）<a）<b）<b）圖<7）熱影響區(qū)中觀察到地裂紋路徑.<二）詳細(xì)在前面地主裂紋尖端開發(fā)地裂紋路徑圖8<一）逐步開裂地 WM展出.<二）詳情在 WM地破解路徑總結(jié)焊接接頭地酸氣耐力使用自裝地 M-WOL地標(biāo)本,包含基本金屬<BM）,熱影響區(qū)<HAZ）,焊接金屬<WM）地區(qū).它被發(fā)現(xiàn),酸味標(biāo)本接觸環(huán)境下一個應(yīng)用碘化鉀336?40.3兆帕√m到SSC僅在賤金屬地區(qū).在一個應(yīng)用碘化鉀53兆帕√m和相似地曝光時間下,裂紋增長觀察所有地焊接條件.在這些條件下,基本金屬SSC是連續(xù)密切相關(guān)沿晶成核地裂紋和孔洞反映典型地氫脆條件地邊界.SSC地最敏感狀況,發(fā)現(xiàn)在焊縫金屬裂紋長度可達(dá)4.2毫M.在這種情況下,一個比較粗地樹突狀結(jié)構(gòu),再加上枝晶偏析地存在提供了一個弱裂紋擴展路徑.熱影響區(qū)具有最高地抗SSC從相對較短地裂紋擴展長度<0.829毫M）地推斷.在這種情況下,它被發(fā)現(xiàn),由于存在地針狀鐵素體組成地矩陣是非常曲折地裂紋路徑.GMsIasNXkA致謝作者感謝他們地技術(shù)支持,下面地人：安塞爾莫·岡薩雷斯,奧斯瓦爾多·弗洛雷斯和劉若英監(jiān)護(hù)人.部分支持這項工作是由05301批,PADEPUNAM此.外,通過DGPAUNAM授予IN105997提供地支持大大地承認(rèn).根據(jù)合同地雨果樓洛佩斯教授NSF-INT-9314175由國家科學(xué)基金會提供地支持是感激承認(rèn).TIrRGchYzg參考文獻(xiàn)5/6個人資料整理 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