X80钢及焊接接头在高pH环境中的慢应变拉伸试验研究



X80钢及焊接接头在高pH环境中的慢应变拉伸试验研究

吕玉荣

鹤壁职业技术学院河南鹤壁458030

[摘要]采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验观察研究了X80管线钢及焊接接头在0.5mol/L Na2CO3+1mol/L NaHCO3溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)敏感性。试验结果表明，随着外加电位的负移，断裂时间、断面收缩率、应变量都明显变小；X80管线钢及焊接接头的应力腐蚀开裂敏感性增加，施加相同外加电位时，焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加。

[关键词]X80管线钢；SSRT；CO32-－HCO3-溶液

前言

X80钢是目前国际铺设的最高强度级别的管线钢，但由于管道输送过程中，焊接接头处是薄弱环节，最容易发生生突发性破裂事故，所以加紧X80管线钢及焊接接头的研究有着重要的工程应用价值。

土壤介质引起的应力腐蚀开裂(SCC)危害较大，而管线钢SCC可分为高pHSCC和近中性pHSCC。为便于研究，本文采用0.5N Na2CO3+1N NaHCO3溶液来模拟高pH值土壤环境，就X80钢及焊接接头的应力腐蚀进行试验研究。

1、试验选材

本试验所用材料是X80钢，密度为7.9g/cm3。所用材料分别取材于母材和焊缝处，经过机械加工做成试样。所得试样的形状和尺寸如图1所示。

2、试验设备

选用国产SCC－1型应力腐蚀测量系统对试样进行慢应变速率拉伸(SSRT)试验。

3、试验介质

本实验用0.5mol/LNa2CO3＋1mol/L NaHCO3溶液，所用溶剂为去离子水。

4、试验结果及分析

在试验设备上分别测试母材和焊缝在-1000mV、-800mV、-730mV、-600mV自腐蚀电位下和空拉时的应力腐蚀敏感性。通过对母材在不同外加电位下拉伸时的曲线和断裂寿命、断面收缩率、抗拉强度、应变量与空拉时的值比较，观察其变化规律。

图2为母材在不同外加电位下的应力－应变曲线。从图2中可以看出，曲线的变化具有一定的规则性。空拉时无论是抗拉强度还是断裂寿命都是最大的；当有外加电位时，随着电位的负向增大，抗拉强度逐渐增大，断裂寿命却逐渐减小，并且其减小量受电位影响很大，呈现急剧下降趋势。但同空拉曲线比较得出：外加电位对埋地管线钢的失效影响很大。

表3为母材的应力腐蚀破裂参数。由表中数据看出：当外加负电位值增加时，断裂寿命明显减小，说明阴极保护对应力腐蚀有促进作用。断面收缩率随着电位的增大明显增大，说明试样断裂时的变形越来越大，其脆性断裂越不显著，其中，以空拉时的断面收缩率最大。外加电位对抗拉强度无明显影响，说明抗拉强度是材料本身的性质，外界影响不大，只是空拉时会比加电位时稍微大一些。应变量的变化最明显，在空拉时属于典型的塑性断裂，当存在外加电位时，随着负电位数值的增大，脆性断裂越明显。

表3　母材的应力腐蚀破裂参数

图3为焊缝在不同外加电位下的应力－应变曲线。从图3中可以看出随着电位负向增加，抗拉强度基本上不变，但仍以空拉时最大。断裂寿命则随着电位的负向增大而明显减小，空拉时由于试验设备原因导致空拉曲线在下滑阶段有所失准，故不在试验考虑之内。因此焊缝的应力腐蚀敏感性随着电位的负向增加而增强。从表4中可以看出，随着电位数值的负向增加，断裂寿命增加，抗拉强度处于540N左右波动，应变量则明显的减小，证明外加阴极电位促进了焊缝的应力腐蚀破裂。将表4与表3比较可以看出，在相同的外加电位下，焊缝比母材的断裂寿命明显减少。

表4　焊缝在不同外加电位下的应力腐蚀参数

5、结论

1)母材和焊缝的腐蚀敏感性都会受到外加电位的影响，并且电位的负向值越大时，受到的影响越明显。随着外加电位的负移，母材和焊缝的断裂时间、断面收缩率、应变量都明显变小，X80管线钢及焊接接头的应力腐蚀开裂敏感性增加，施加相同外加电位时，焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加。2)在相同的外加电位下，焊缝比母材更易受到应力腐蚀的影响，断裂寿命明显减少，即焊缝更易受到腐蚀，焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加。

吕玉荣（1982- ），女（汉族），山东潍坊人，鹤壁职业技术学院讲师。

作者简介