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1、 收稿日期: 1997212215 甘肃省教委资助项目 带状组织对硫化物应力腐蚀的影响研究 张旺峰 徐卫军 俞 强 周 琦 季根顺 (西安交通大学,西安 710049) (甘肃联合大学,兰州 730000) (甘肃工业大学,兰州 730050) ?用两种试验方法研究了存在带状组织和无带状组织的硫化物应力腐蚀开 裂.结果表明:组织中存在与施加应力方向平行的带状组织,则起到阻碍裂纹扩展的 作用,提高了硫化物应力腐蚀开裂抗力. ?带状组织 硫化物应力腐蚀开裂 临界 门槛值 ?U 174. 3 碳钢、 低合金钢的构件在含H2S的环境介质中,除了会发生氢致开裂(H IC)外,还会发生 硫化物应力腐蚀开裂
2、(Sulfide Stress Corrosion Cracking简称SSCC ). 对SSCC的研究主要集 中在温度,H2S浓度,夹杂物等方面对SSCC的影响.而对组织中存在带状组织的研究则不多, 本文以石油专用管材的国产J55套管和X66输送管为背景材料研究了其SSCC,并着重研究了带 状组织对SSCC的影响. 1 试验材料及试验方法 1. 1? 试验材料为J55和X60,其中J55(M1,M2)的机械性能基本相同 , X 60(M3,M4)的机械性能相 同.化学成分见表1. 表1 试样化学成分 材料CSiM nPST iCuN iVN bRe M10. 060. 381. 300. 0
3、10. 0050. 020. 250. 190. 050. 045 M20. 080. 161. 800. 020. 0050. 0020. 090. 03 M30. 070. 271. 290. 010. 0050. 030. 040. 04 M40. 070. 261. 140. 0160. 0060. 010. 030. 040. 027 图1 Shell Type试样(单位:mm) 1. 2? 1. 2. 1 Shell Type方法1 试样用三点弯曲加载,置于NACE溶液+饱和H2S试 验盒内在200500 h后取出,判断有无开裂,用S c值来评 价,S c值用开裂发生几率为50%的
4、加载应力来表示(KSi 10- 1 ), 三点弯曲的应力通过计算求得,不考虑应力集中问 题.如图1所示. 第17卷第2期 兰 州 铁 道 学 院 学 报 Vol . 17 No. 2 1998年6月 JOURNAL OF LAN ZHOU RA I LWA Y I N ST ITU TE Jun. 1998 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. S c=2(S+R T)?n 式中 S c临界应力值(KSi10- 1) S应力值(KSi10- 1) R常数,取0. 7 T开裂时为- 1,无开
5、裂为+ 1 n试样数 1. 2. 2 NACE拉伸试验2 NACE拉伸试验采用静拉伸,置试样于NACE溶液+ H2S饱合溶液的试验盒中在不同的 应力 下求得断裂时间t.一般以720 h不断裂的应力作为门槛值 th,th越大,说明抗SSCC性 能越好.试样尺寸如图2所示. 图2 NACE拉伸试样(单位:mm) 2 结果与分析 对J55两种材料M1,M2用S c=2(R T+S)?n评价得到如表2,表3所示的数据.通过金相组 织分析表明M1中无带状组织,M2中存在明显的带状组织. 表2 M1评价数据 试样编号12345 S?kg?mm - 2 34. 742. 9485450 S?KSi10- 1
6、5. 046. 236. 977. 847. 26 T11111 S c7. 37KSi10- 1507. 7M Pa 表3 M2评价数据 试样编号12345 S?kg?mm - 2 42. 948545856 S?KSi10- 16. 236. 977. 848. 428. 13 T111- 11 S c7. 97KSi10- 1547M Pa 对M3,M4两种材料的NACE拉伸试验得2lgt曲线,如图3,图4所示.以720 h不断裂的应 力作为门槛值,M3材料的门槛值 th= 0. 7Ym in= 289 M Pa,M4的门槛值 th= 0. 5Ym in= 207 M Pa.金相组织分析
7、表明M 3材料存在明显的带状组织,而M4则看不到带状组织. 75第2期 张旺峰等:带状组织对硫化物应力腐蚀的影响研究 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ? 图3 M3材料的 2lgt曲线 图4 M4材料的 2lgt曲线 比较两种不同的试验方法得出的结论可知,金相组织中存在带状组织的材料反而抗SS2 CC的指标要高,这说明存在带状组织对裂纹扩展起到阻碍作用. 3 讨论 带状组织的产生主要来源于P元素的作用 , P 在 图5 带状组织影响裂纹扩展示意图 钢的结晶过程中极易产生偏析.在 2F
8、e和 2Fe中 扩散也很小,通过热处理也不容易使P的分布均匀 化,因此会产生高P与低P地带.当从奥氏体状态慢 冷时,高P地带由于A3温度高首先析出铁素体,碳被 浓缩到低P地带,因而转变为珠光体造成珠光体与 铁素体的分离,在轧制过程中便会出现带状组织.当 带状组织的方向与施加应力方向平行时(本实验条 件下)珠光体型的带状组织会阻碍裂纹扩展或改变 裂纹的方向.因为SSCC的典型特征为:开裂方向与 外加应力方向垂直或连接平行于应力方向的裂纹而 沿垂直于应力方向开裂3.带状组织影响裂纹扩展可用图5示意如下.如果带状组织是较硬的 珠光体组织则起到阻碍裂纹扩展的作用.如果带状组织中有裂纹存在则连接裂纹而改
9、变裂纹 85兰州铁道学院学报 第17卷 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 扩展方向,实际上增加了路程因而提高了SSCC抗力指标,这说明组织中存在带状组织未必是 坏事,只要与外力方向平行,还可起到提高其SSCC抗力的目的. 4 结论 带状组织与应力方向平行时,会阻碍裂纹扩展,提高硫化物应力腐蚀开裂的抗力指标. 两种试验方法得出相同的结论,说明两种试验方法评价硫化物应力腐蚀开裂均可使用. ? 1 小若正伦(日本 ). 金属的腐蚀破坏与防护技术.北京:化学工业出版社, 1988. 19619
10、7 2 NACE Standard TMO177290, Item, No.53040 3 Ki mura etalM. Sulfide Stress Corrosion Cracking of Cine Pipe. Corrosion, April 1989.340346 The influence of band structure on the sulf ide stress corrosion cracking Zhang W angf eng (Xian Jiaotong U niversity, Xian 710049) X u W eijun (Gansu U nited U n
11、iversity, L anzhou 730000) Yu Q iang,Zhou qi,J i Gengshong (Gansu Industry U niversity, L anzhou 730050) Abstract The behavior of sulfide stress corrosion cracking is investigated in band struc2 ture by using two test methods . The result show s .It increase resistance of SSCC asw ell as blocks crack propagation w hen band structure is in a parallel direction w ith applied force. Key words band structure; sulfide stress corrosion cracking; critical thresholdvalue ?:边 际 95第2期 张旺峰等:带状组织对硫化物应力腐蚀的影响研究 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ?