低合金钢焊接接头扩散氢的局部聚集规律

采用显微镜下录象测氢法，研究了４种不同预处理状态下的低合金钢焊接接头扩散氢局部聚集的规律，发现在熔合区和粗晶区与细晶区交界处，呈扩散氢随时间变化的负指数、对数正态和正态三种曲线形态。研究结果表明，焊接接头不均匀的组织分布，引起氢扩散系数的变化是造成扩散氢聚集规律变化的主要原因，这对于焊接工程中防止冷裂纹产生，以及进一步探讨氢致裂纹的形成机理，提供了实验与理论依据。     

氢在Q960纯净钢中的扩散

用电化学氢渗透方法研究高强度纯净钢Q960中氢陷阱、氢渗透温度和试样厚度对氢扩散系数的影响. 研究结果表明: Q960纯净钢中的氢陷阱延长氢原子的穿透时间, 同时降低氢在钢中的扩散系数, 而可逆氢陷阱对氢扩散系数的影响大于不可逆氢陷阱; 氢在Q960纯净钢中的表观扩散激活能为26 056 J/mol; 氢在Q960纯净钢中的扩散系数与试样厚度无关.     

X65管线钢抗H_2S腐蚀的试验研究

研究了不同显微组织管线钢抗H2S腐蚀的行为·结果表明,酒钢生产的X65管线钢,当显微组织是以针状铁素体为主的混合型组织时,管线钢具有优良的抗H2S腐蚀性能·经硫化氢腐蚀试验后,除出现程度不等的氢鼓泡外,试样断面上基本没有产生裂纹·氢鼓泡是由于钢中夹杂物处吸收由腐蚀而产生的氢所引起的·当钢表面上因腐蚀而释放出原子态氢后,由于硫化氢的催化作用,促进原子氢向钢中扩散,并在夹杂物与基体的界面上聚集形成分子氢·随着过程的进行,产生很高的压力,从而形成鼓泡·     

阴极极化条件下X80钢及其焊缝的氢渗透行为

 钢中吸收的氢能导致其机械性能损失。采用电化学氢渗透技术,研究了阴极极化条件下X80管线钢及其焊缝在鹰潭土壤环境中氢渗透行为,并利用光学显微镜观察了实验后的试样形貌。结果表明,阴极极化条件下,氢在X80钢中的扩散行为既取决于阴极极化电位,又与显微组织结构有关。随着阴极极化程度增加,氢在X80管线钢中母材和焊缝的可扩散氢浓度和氢陷阱数逐渐增大,氢致开裂敏感性增加。X80钢焊缝氢致开裂敏感性高于母材。阴极极化程度低于-1000mV(SCE)时,母材和焊缝的析氢反应动力学不同。当阴极极化程度高于-1100mV(SCE)时,焊缝内氢压超过其塑性极限,氢鼓泡破裂。母材中氢浓度持续增加,氢鼓泡继续长大。母材中针状铁素体和珠光体对氢扩散的阻碍作用,大于焊缝热影响区粗大的贝氏体和熔合线先共析铁素体。     

管线钢中带状组织与氢致开裂

研究了 6种材料在NACE溶液中的氢致开裂 (HIC)行为 .结果表明 :钢材中Mn ,P ,S的含量高时 ,带状组织明显增多 ,HIC敏感性提高 .为避免带状组织及氢致开裂 ,应控制钢材中的Mn ,P ,S含量 ,给出了Mn ,P ,S含量的推荐值 :wMn≤ 1.3% ,wP≤ 0 .0 10 % ,wS≤ 0 .0 0 1% .     

工业纯铁中氢扩散及捕获行为研究——Ⅱ.冷变形和退火α-Fe中的氢捕获

用电化学氢渗透技术测量了20—80℃氢在冷变形和退火工业纯铁中的表观扩散系数,用正电子多普勒增宽技术测量了其线形参数.根据Oriani低占据分数(θ_x<<1)模型分析扩散数据得出位错应力场,晶界及亚晶界对氢的捕获能(△Ex)分别是24300±2200J/mol和14400—18100J/mol.冷变形后的α-Fe在低温退火后(变形38%—50%低于450℃,变形13%—25%低于250℃),其主要氢捕获阱是位错,高于上述温度退火后,晶界和亚晶界成为氢的主要捕获阱.     

氢在低碳钢中的渗透扩散特性

通过氢扩散理论拟合方法和时间滞后法评估了氢在低碳钢中的有效扩散系数,通过对部分衰减和积聚渗透瞬态曲线的拟合对氢在低碳钢中的扩散系数和浓度分布进行了分析。利用阳极侧完整的电流密度衰减曲线,对在阳极侧释放的可逆捕捉氢进行了表征。实验结果表明:低碳钢中的部分可逆氢可以通过阳极侧完整的电流密度衰减曲线进行表征。低碳钢中的氢陷阱以及充氢侧的浓度减缓了氢在材料中的扩散,降低了氢在材料中的扩散系数。而通过部分衰减和积聚渗透瞬态曲线的拟合较好地得到了氢在低碳钢中的实际扩散系数和浓度分布。     

Fe对氢在无序态和有序态Ni3Fe合金中扩散的影响

研究阴极渗氢时Fe的化学计量比对氢原子在无序态和有序态Ni₃Fe合金中扩散的影响.在相同渗氢条件下,随着Fe含量的增加,渗氢后无序态和有序态Ni₃Fe合金的拉伸延伸率逐渐增加,断口上的沿晶断口深度逐渐减小.时间滞后法计算结果表明,在相同渗氢条件下,随着Fe含量的增加,氢在无序态和有序态Ni₃Fe合金中的表观扩散系数和表观扩散激活能逐渐减少.在相同条件下,氢在无序态Ni₃Fe合金中的扩散系数大于氢在有序态Ni₃Fe合金中的扩散系数.     

酸性环境中高强度低合金钢抗SSC性能及氢渗透机理研究

依据NACE TM 0177-2005标准A法SSC实验结果,结合高强度低合金钢的成分、组织、力学性能分析,研究其抗SSC性能,探讨固溶氢含量、氢渗透速率与高强度低合金钢抗SSC性能的关系。研究结果表明:在加载应力为85%YSmin的条件下,抗酸性C110钢通过了NACE TM 0177-2005标准A法检测,具有良好的抗SSC性能。在NACE TM 0177-2005标准A溶液中,抗酸性C110钢的固溶氢含量及氢的有效扩散系数分别为5.2 m L/100g和3.22×10-7cm2/s,相比于普通P110钢,其非金属夹杂程度较低,固溶氢含量及氢的有效扩散系数较小;抗酸性C110钢的稳态氢扩散电流密度及原子氢晶格扩散系数分别为54.1μA/cm2和9.7×10-7cm2/s,相比于普通P110钢,其稳态氢扩散电流密度及原子氢晶格扩散系数较小。随着溶液p H值降低,酸性增强,抗酸性C110钢的氢晶格扩散系数仅稍微增大,在较低p H值的酸性环境中,相比于普通P110钢,C110钢仍具有良好的抗SSC性能。     

氢原子渗透对管线钢微裂纹扩展的影响研究

管线钢在发生氢致开裂过程中,氢原子通过吸附、渗透等方式进入金属并聚集在微裂纹和微孔中,并与缺陷产生相互作用,对钢材的力学性能产生极大影响。为研究氢原子渗透对管线钢裂纹开裂行为的影响,采用分子动力学方法,首先建立含缺陷的铁素体型管线钢的铁素体-渗碳体微观片层结构,随后研究在单轴拉伸载荷作用下,处于300 K温度下不同氢原子浓度对铁素体-渗碳体层间裂纹扩展的影响,获取其力学性能曲线,并观察微观结构不同受载阶段的演化特征。结果显示,随着氢原子浓度的增加,铁素体-渗碳体片层结构的峰值应力将随之减小,且氢浓度越高,峰值应力降低幅度越大。氢原子的引入仅仅会改变裂纹扩展的速度,而不会对裂纹扩展方向产生变化。模型进入塑性应变时,大量位错及相变集中在裂纹右侧,从而阻碍右侧裂纹开裂,并且氢原子的引入也会阻碍FCC相和HCP相向BCC相的转变。研究可为深入探索管线钢氢致开裂行为的微观演化机理提供理论参考。     

Hydrogen induced cracking of X80 pipeline steel

The hydrogen-induced cracking (HIC) behavior of X80 pipeline steel was studied by means of electrochemical charging, hydrogen permeation tests, tension test, and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results indicate that the increase of charging time and charging current density or the decrease of the solution pH value leads to an increase of the hydrogen content in X80 steel, which plays a key role in the initiation and propagation of HIC. It is found that the majority of macro-inclusions within the as-used X80 steel do not constitute a direct threat to HIC except aluminum oxides, which directly or indirectly lead to HIC. The hydrogen trap density at room temperature is estimated to be pretty high, and this is an essential reason why the steel is sensitive to HIC. After hydrogen charging, the elongation loss rate and area reduction of X80 steel decline obviously, taking a noticeable sign of hydrogen-induced plasticity damages. It is demonstrated that the losses of these plastic parameters have a linear relation to the fracture size due to hydrogen.     

武钢耐H2S腐蚀X52MS钢组织及性能分析

对武钢生产的X52MS管线钢进行组织及性能检验,对其HIC性能及力学性能影响因素进行分析。结果表明,武钢生产的X52MS钢具有满足技术标准的强度和冲击韧性,HIC性能优异,其组织为铁素体+少量珠光体,带状组织级别为0.5级;降低X52MS钢中的Mn、P、S含量,有利于抑制因成分偏析引起的带状组织的形成,从而提高X52MS钢的抗HIC能力;卷取温度的降低会减弱强化析出效果,导致X52MS钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比和冲击韧性降低。     

外加电位对X80钢在满洲里土壤应力腐蚀的影响

针对埋地管道应力腐蚀开裂（SCC）问题,开展了X80管线钢（X80钢）在满洲里土壤模拟溶液中的SCC研究,以期对X80钢的SCC防护提供数据支撑。采用交流阻抗技术、动电位极化技术和慢应变速率拉伸实验研究了X80钢在不同外加电位下满洲里土壤模拟溶液中的SCC行为,并用扫描电镜观察了断口表面微观形貌。结果表明：自腐蚀电位下,X80钢裂纹萌生于点蚀坑处,SCC机制为阳极溶解（AD）;在外加电位为-850 mV和-930 mV时,X80钢的应力腐蚀受到抑制作用,SCC敏感性较低,-850 mV为最佳阴极保护电位。这两个电位下X80钢SCC机制为AD和氢致开裂（HIC）混合机制,其中-930 mV下SCC机制由HIC占主导地位;在外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV时,X80钢表现出较高的SCC敏感性,SCC机制为氢和应力协同作用下的HIC。     

Research and Development of X70 with an Acicular Ferrite Microstructure for West-East Pipeline Project

It is introduced in this paper that a high strength and high toughness X70 pipeline steel with an ultra-low acicular ferrite microstructure has been researched and developed at Baosteel according to the requirements of the West-East Gas Pipeline(WEGTP) project. The developed steel has higher strength, higher toughness, lower ductile-brittle transition temperature and higher dynamic tear-resistance than the conventional X70 with ferrite and pearlite microstructure. The excellent properties of the steel are benefited from ultralow carbon acicular ferrite consisting of interaction of very fine precipitated particles and high-density dislocation. And the steel has been applied on the WEGTP in China.     

超快冷下X65管线钢微观组织演变及强化机制分析

基于热连轧生产线开发了X65管线钢超快冷新工艺，系统表征了该工艺下实验钢的微观组织特征，并进一步讨论了其强化机制.结果表明，超快冷下X65管线钢微观组织为细小针状铁素体(AF)+准多边形铁素体(QPF)+M/A岛+弱化珠光体(DP)混合组织，有效晶粒尺寸为2.93μm，大角晶界百分比为31.5%;实验钢组织亚结构为细小的块状铁素体，铁素体尺寸分布在200~1000nm;在铁素体基体上析出了大量尺寸＜10nm的Nb(C，N)粒子;实验钢各项力学性能均满足API SPEC 5L标准要求.超快冷工艺下X65管线钢的主要强化机制为细晶强化、固溶强化、位错强化及纳米析出强化的耦合强化，其中纳米析出强化强度贡献值为96.1MPa.     

NbC纳米析出相对低合金高强钢氢致开裂的影响研究

We investigated the effect of nanosized NbC precipitates on hydrogen-induced cracking (HIC) of high-strength low-alloy steel by conducting slow-strain-rate tensile tests (SSRT) and performing continuous hydrogen charging and fracture analysis. The results reveal that the HIC resistance of Nb-bearing steel is obviously superior to that of Nb-free steel, with the fractured Nb-bearing steel in the SSRT exhibiting a smaller ratio of elongation reduction (I_δ). However, as the hydrogen traps induced by NbC precipitates approach hydrogen saturation, the effect of the precipitates on the HIC resistance attenuate. We speculate that the highly dispersed nanosized NbC precipitates act as irreversible hydrogen traps that hinder the accumulation of hydrogen at potential crack nucleation sites. In addition, much like Nb-free steel, the Nb-bearing steel exhibits both H-solution strengthening and the resistance to HIC.     

初始组织形态对中碳钢温变形组织演变的影响

中碳钢温变形过程的组织演变包含铁素体动态回复、再结晶和渗碳体的析出球化等过程.采用Gleeble1500热模拟试验机研究了初始组织形态对含碳0.48%(质量分数)的中碳钢在温变形中上述复杂过程的影响.结果表明:初始组织为珠光体 先共析铁素体的试样在温加工变形中渗碳体层片发生了扭折、溶断到逐渐球化的过程,在铁素体回复再结晶的同时伴随着细小弥散的渗碳体颗粒从过饱和铁素体中析出,得到微米级铁素体晶粒和颗粒状渗碳体弥散分布的复相组织,但等轴状铁素体晶粒与弥散的渗碳体颗粒沿变形方向呈带状不均匀分布.温加工变形促进初始组织为马氏体的中碳钢中渗碳体析出和铁素体回复与再结晶.由于初始条件下碳的分布在微观尺度下相对均匀,变形后获得细小等轴铁素体与均匀分布颗粒状渗碳体的组织.     

16Mn(HIC)钢硫化物应力腐蚀开裂实验研究

采用恒应变和慢应变速率拉伸实验的方法,研究了16Mn(HIC)和16Mn钢母材、焊缝在H2S环境中应力腐蚀开裂.结果表明:两种材料在酸性H2S介质中均发生穿晶型硫化物应力腐蚀开裂(SSCC);与16Mn钢相比,16Mn(HIC)钢有更好的抗SSCC性能,钢中的C,Mn,P和S的含量降低有利于提高钢的抗SSCC性能.焊缝及热影响区在焊接过程中,产生的粗大魏氏组织、偏析、缩孔和夹杂等缺陷,降低了焊缝的抗SSCC能力.但是,通过焊后热处理可以适当提高焊缝的抗SSCC能力.