微合金钢焊接裂纹生长发育硫化物应力开裂条件

个人资料整理 仅限学习使用微合金钢焊接裂纹地生长发育硫化物应力开裂条件J.L.Albarran,H.F.洛佩兹和L·马丁内斯<提交1997年8月27日,在1998年8月修订表格 18）在这项工作中,硫化氢应力腐蚀开裂<SSC）地易感性焊接 API-80 管道进行了调查.为此,钢焊接进行了正常地轧制方向使用 60°单V联合设计.经过焊接,结构紧凑修改楔开幕载荷 <MWOL地）断裂力学标本加工和加载应用应力强度因子,碘化钾,27日至53兆帕√m.其次标本接触到硫化氢饱和人造海水每个地 M-WOL地标本中,如焊缝金属在焊接过程中开发地典型显微 ,<西医）,贱金属<BM）和热影响区<HAZ）.没有试图建立一个独特地 KISCC裂纹逮捕,因为它地意义是不明确.定性,实验结果表明模式我装下碘化钾 40.3兆帕√m仅贱金属区域进行南南合作.显然,积裂纹尖端阳极溶解开始地成长过程 ,但它是一个过渡氢致开裂 .在55兆帕√m和类似地曝光时间下,裂纹应用碘化钾贱金属增长是不连续地,往往遵循地晶界.此外,HAZ地展出从相对较短地裂纹扩展推断至少SSC地易感性长度<0.829毫M）.在这种情况下,人们发现,裂纹路径是由于存在高度曲折针状铁素体和成品粮结构.被发现在SSC地最敏感条件焊缝金属裂纹长度可达4.2毫M地地方发展.在这种情况下,存在一个比较粗加上枝隔离树枝状结构提供了一个弱裂纹扩展路径 .b5E2RGbCAP<关键词: 裂纹地形成,微合金钢,显微,酸性气体环境中 ,应力腐蚀开裂）绪论硫化氢应力腐蚀开裂<SSC）是一个广为人知地现象,往往导致失败,在管石油传输线,以及在其他油田设施.在一般情况下,这种退化模式已被归因于对生产硫化氢新生地氢反应与钢形成FeS地薄膜和新生氢.显然,从而产生氢气是无法有效地组合成气态氢和高地地区往往被金属吸收拉伸性质地内应力<1号）.在比较大地油现场安装,预计,焊接结构元件最终会接触到酸<H2S）气体环境.因此,焊接接头地性能下硫化氢条件下,需要进行密切监测,以便纳入它在焊接结构地设计.p1EanqFDPw在高强度低合金钢 <HSLA）钢暴露变味气体环境中 ,SSC地组合通常发生敏感地微观结构和拉伸应力地存在 <2号）.另外,暴露在无压力管道变味被称为环境氢脆又称氢致开裂<HIC）发生<3号,4）.因此,为了减少对环境地潜在开裂,腐蚀工程师协会<NACE）已制定了一系列指导方针<5号）,如地NACETM0177-90和NACE议员0175-92,SSC地环境下,以确保可接受地材料性能.在特别是,最大屈服强度690兆帕<3号）或硬度22HRC<5号）已被确定为限制低合金钢.然而,NACE标准排名在酸性环境中地服务<6号）,耐腐蚀合金新牌号地适用性有限.DXDiTa9E3dHSLA钢地相对SSC易感性强通过热处理<7号,8）,以及合金成分和残余元素地存在<9,10号）地影响.在特别是,非金属夹杂物,晶界偏析,沉淀,硬带似乎都影响整体钢易感性<11号）.RTCrpUDGiTSSC地易感性高强度低合金钢预计将在焊接区域由于存在进一步增加非平衡阶段,隔离带,内部/残余应力<12号）.据报道<8号）,酸性气体高焊接强度或硬度值地敏感性增加,残余应力促进SCC地焊缝metalHAZ地区暴露于酸性环境开裂,焊接超过1％地镍电极是要避免,尽量减少KISSC.因此,预热和postheat焊接处理经常使用,以减少内部/残余应力地影响,作为以及焊缝地硬度.弗雷泽和1/6个人资料整理 仅限学习使用Metzbower工作<13号）表示,裂缝地发展在焊接地区地强烈影响 ,由此产生地焊接显微组织,诱导缺陷,残余应力.此外,onsoien等.<8号）,SSC电阻焊接板可以改善焊后缓慢冷却.显然,缓慢冷却率,促进了铁素体地形成魏氏组织.在这些条件下,SCC门槛应力显着增加了60％至70％屈服强度<8号）.此外,裂纹扩展能率控制任何优惠晶界解散和重复膜破裂<10号）或连续事件有关裂纹主要核和联动裂纹尖端<14号）.5PCzVD7HxA然而,进一步地工作是需要披露地活跃微裂纹地酸性环境,应力状态和焊接地微观结构<15）7号,功能地机制.目前地工作中进一步检查焊接性能管线钢暴露到南南合作环境.特别是,它调查地各种表现地相对敏感性微观结构 ,在焊接区域,以及贱金属<骨髓）.jLBHrnAILg实验过程在这项研究中所用地材料是微管道钢API-80,根据地API5XL标准.表1给出了钢板地化学成分和焊接金属<西医）.焊接完成,手工电弧焊,正常滚动平面地方向,使用单-V地60°联合设计<图1a）.焊接前,电极在430℃退火,钢板预热200°C图1<b）所示地实验装置,涉及钢板进行焊接.根通,覆盖10毫M/秒,175A.随后填料通行证覆盖7mm/s和175一个,而盖一层被放置在4mm/s和150A.然后焊接,板在400℃退火1h,然后在静止空气中冷却后地空气污染指数1104建议<16号）.焊接板地截面,然后剪切并抛光地金相观察和硬度轮廓测量,整个基本金属,焊缝金属,HAZ地地区.xHAQX74J0X修改楔开幕加载<MWOL）,<17号）地样品进行加工,同时包含从焊接板双方地焊缝金属.图2<a）显示了示意图地MWOL试样尺寸,以及标本布局焊接板<图2b）.标本被人为缺口用火花机,铜线,以避免裂纹尖端地集结内部应力和加工硬化由于疲劳预裂.此外,标本装在应力强度因子KI30兆帕√m,然后前直到产生裂纹,造成酸媒体.在此时间,标本从酸溶液去除.LDAYtRyKfE这样做是为了尽量减少重熔表面层地影响 ,SSC钢上易感性.标本,然后加载到三个不同地KI值：26.7,40.3, 和52.4兆帕√ m.后面地应变技术<18号）,以测量应用碘化钾.“自装地M-WOL地标本,然后放回饱和与人工海水解决方案<ASTMD-1141）在室温下地玻璃容器中地pH值在4硫化氢.裂纹在12小时间隔地增长,系统地监测.在每次测试结束后,腐蚀产物地组成分析中地JEOL模型6400型扫描电子微配备与NORAN探针类型Norvar地中范围<SEM）用于轻元素地检测.扫描电镜采用涡轮泵和冷阱,以避免从石油中地碳达到探测器.峰对应地氧气,以及其他元素,自动识别软件航海家地硬件<全国计算机技术有限公司,萨克拉门托,加利福尼亚州）地计算机系统.Zzz6ZB2Ltk<a）(b><b）<a）图1<A）单V型联合设计地焊接.<二）实验焊接工艺地安排2/6个人资料整理 仅限学习使用图2<A）地M-WOL地样品地几何和尺寸.<二）从焊接板所采取地样本布局3.结果与讨论3.1显微图3<a）是一种含板焊接显微BM,热影响区,和WM地区.请注意,HAZ地延伸约2毫M.图3<b）显示了硬度整个焊接板地发展简况.在热影响区最大硬度值300kg/mm2发现根通过位置,但他们附近地区下降至270kg/mm2毗邻地最后填充通.焊缝金属具有作为缓解压力通过由以前填料通行证诱导地合金加热硬度最低值.表2显示了SSC地易感性暴露在酸性环境标本地实验条件和获得地数据,包括平均裂缝长度..没有试图作出建立具体KISSC值,因为不同地焊缝区参与,每一个都具有不同地微观结构,内部/残余应力状态,和SSC地敏感性.此外,NACE标准TM0177-90不允许作为有效KISSC测量这些测试,然而,实验结果定性提供了宝贵地信息上地相对敏感性焊接地微观结构.dvzfvkwMI1从表2可以看出,标本装入1碘化钾26.7兆帕√m并没有表现出裂纹扩展时接触到了720小时地酸性环境.在这种情况下,条件有利地裂纹增长tions没有发展,尽管事实上,热影响区或西医硬度高于22人权委员会提出限制,避免KISSC.显然,应用碘化钾是有些低于临界KISSC地需要,以促进在任何发达地微观裂纹扩展.这反过来同意与以前地报告KISSC值约26<14号）兆帕√m钢相同地M那是接近应用碘化钾在特定地标本配置,所有地各种微观是目前整个试样厚度并接触到相同地应用碘化钾.因此,相对SSC可以是直接关系到焊接区域地敏感性展出地裂纹传播地长度为一个给定地曝光时间.因此,热影响区似乎表现在所有地应用碘化钾至少SSC地易感性,而焊缝金属成为高度敏感地应用碘化钾 SSC值52.4 兆帕√m.rqyn14ZNXI图4<A至D）显示不同地微观结构特征在基本金属 ,热影响区,焊缝金属开发.该基地金属热影响区毗邻地区 ,主要包括混合等轴铁素体和珠光体带与附近地热影响区地部分再结晶<图4b）.热影响区下以贱金属区域显示部分再结晶地地区 <即晶粒尺寸<10微M）和附近地粗晶粒铁素体焊缝金属地区域 <图4c）.焊缝金属开发出了典型地树突状晶粒小亚晶网络结构 <图4d）.此外,焊缝金属具有一定孔隙度,可能是因为气体滞留在焊接过程中 .EmxvxOtOco表1地API-80钢板和焊缝金属化学成分表2实验条件和裂纹长度在标本暴露于酸溶液3/6个人资料整理 仅限学习使用图3<一）显微焊接板 .<二）整个焊接区域地硬度型材 <BM,热影响区,和WM）图4<一）显微图像显示发达国家地各种微观结构地焊接板 .<二）骨髓组地旁边 HAZ地组成部分再结晶晶粒和珠光体区域 <+RG）.<三）在附近地 WM地区HAZ地针状铁素体发现 .<四）粗树突状结构相应地WM<光盘版）SixE2yXPq5在中间碘化钾40.3兆帕√m,裂缝增长率仅为在贱金属地区展出.由此产生地裂纹路径在这种微观结构产生<样本二）所示图5<A）.请注意分支裂纹择优沿铁素体带地发展.实验,它是在这种情况下,裂纹萌生密切相关沿晶界优先合金解散详细别处,20<19号）.腐蚀地分析产品内发现地早期裂纹<见箭头在图5b）表示,大量地硫,氧地存在,和铁.然而,进一步演变为裂纹,过渡到连续裂纹增长推测地氢脆未来发展地主裂纹<主裂纹尖端?80微M）.更深地裂缝,特别是不含有硫或氧.6ewMyirQFL在一个应用碘化钾52.4兆帕√m,裂纹扩展发现走在焊缝区域地所有地方.在这些条件下,有一个优先溶解缺乏贱金属重新祗园.相反,连续裂纹增长是占主导地位从开始.显然,裂纹扩展是一些什么类似地发现在试样S2,优先沿晶界地增长<见图6A）.kavU42VRUs图7<a）显示了在热影响区裂纹地发展,其中裂纹往往从铁素体魏氏部分再结晶晶粒结构和成<HAZ组织/BM接口）.特别是,它被发现,避免裂纹成长为针状铁素体晶粒结构<HAZ）.显微结构,裂纹路径组成地混合物晶在部分再结晶地骨髓和穿组件晶粒结构<图7B）.裂纹扩展到缺乏针状铁素体微观结构以解释Onsoien等地意见.<8号）.在工作中,他们发现,焊接接头地抗SSC显着改善通过使用冷却速率,促进铁素体地形成侧板.y6v3ALoS89图5<一）裂缝在BM地成长之路<试样S2地）.<二）能谱发现在裂纹元素地个人资料图6<一）在BM裂缝成长之路<样本三）.<二）路径地详细信息 ,其次是主裂纹尖端裂纹提前3.2焊缝金属在焊缝金属地地区,在焊接过程中提炼和在一定程度上消除了作为开发地树突状矩阵在随后地填料推移金属加热.即使焊缝金属具有只有一个最小地SSC地易感性在应用碘化钾测试地标本低于40兆帕√m,它变得高度变脆,下一个应用碘化钾52.4兆帕√m<标本三）.图8<a）显示了在裂纹路径焊缝金属地区域.特别是,裂纹往往按照所示地装饰与碳化物地树突状边界图.8<B）.树突状边界隔离杂质也有助于以逐步产生裂纹路径开裂模式.此外,裂纹往往走向中部地区地4/6个人资料整理 仅限学习使用焊缝金属地树突状颗粒比较粗<图8b）.它是可能地组合提供了一个比较大地树突状颗粒,加上明显地枝晶偏析用于SSC裂纹弱路径增长.M2ub6vSTnP在酸性环境中裂纹生长条件可可谓一个重要条件,是一个功能三个因素地结合：对于一个给定地潜在裂纹路径在前面地裂纹尖端地组织,区域内部和外部地压力,氢浓度.因此,在类似地环境和施加压力地主导因素是本质地微观结构.0YujCfmUCw因此,潜在地裂纹路径将提供地微观结构特征需要至少弹性能量推动键打破氢地存在.这同意与实验转向地区,那里有裂缝观测裂纹扩展地障碍<图5和8）,或沿间区域晶界偏析和连续接口都可能存在,如焊缝金属区域.此外,可以有效地降低残余应力裂纹增长地重要条件,促进裂纹向BM/HAZ地地区转移<图5）.eUts8ZQVRd最后,目前地工作地结果表明,根据类似地酸性气体环境和应用碘化钾,焊接板地性能强烈影响由此产生地微观结构和内部地应力状态.作为一个一般来说,SSC地条件下裂纹增长将出现每当敏感地路径是在焊接钢管.这反过来又可以描述应用碘化钾在超过裂纹扩展需要到内在KISSC一个给定地微观结构.sQsAEJkW5T<a）<a）<b）<b）图<7）热影响区中观察到地裂纹路径.<二）详细在前面地主裂纹尖端开发地裂纹路径图8<一）逐步开裂地 WM展出.<二）详情在 WM地破解路径总结焊接接头地酸气耐力使用自装地 M-WOL地标本,包含基本金属<BM）,热影响区<HAZ）,焊接金属<WM）地区.它被发现,酸味标本接触环境下一个应用碘化钾336?40.3兆帕√m到SSC仅在贱金属地区.在一个应用碘化钾53兆帕√m和相似地曝光时间下,裂纹增长观察所有地焊接条件.在这些条件下,基本金属SSC是连续密切相关沿晶成核地裂纹和孔洞反映典型地氢脆条件地边界.SSC地最敏感状况,发现在焊缝金属裂纹长度可达4.2毫M.在这种情况下,一个比较粗地树突状结构,再加上枝晶偏析地存在提供了一个弱裂纹扩展路径.热影响区具有最高地抗SSC从相对较短地裂纹扩展长度<0.829毫M）地推断.在这种情况下,它被发现,由于存在地针状铁素体组成地矩阵是非常曲折地裂纹路径.GMsIasNXkA致谢作者感谢他们地技术支持,下面地人：安塞尔莫·冈萨雷斯,奥斯瓦尔多·弗洛雷斯和刘若英监护人.部分支持这项工作是由05301批,PADEPUNAM此.外,通过DGPAUNAM授予IN105997提供地支持大大地承认.根据合同地雨果楼洛佩斯教授NSF-INT-9314175由国家科学基金会提供地支持是感激承认.TIrRGchYzg参考文献5/6个人资料整理 仅限学习使用H.K.伯恩鲍姆,断裂地金属氢地相关机制,环境诱导金属,RPGangloff和MB开裂艾夫斯,国家腐蚀工程师协会,1990年,第21-297EqZcWLZNX华井,H.仓桥研究艾M,澳海达恒.钢铁研究所.JPN.,第19卷<第7号）,1979年,第401-410lzq7IGf02E3.R.S.tresseder,RWStahle,J.赫斯曼,路McCrigth,JE斯莱特,爱德,国家腐蚀工程师协会,1977年,第147-161铁基合金,应力腐蚀开裂和氢脆H.地玛戈特Marette,G.Bardou,和赛马Carbonier地,郭.科学,第27卷<10/11号）,1987年,1009年至1026年5.H.Buist,E.Feldhusen, 地B.Fatseas,ED., 实验方法和材料要求,NACE地标准1992年图书,VOL2,国家腐蚀工程师协会,1992年石油和天然气工业中地腐蚀党地工作,EFC地O＆G93-2草案02,1994年欧洲腐蚀联合会C.克里斯滕森,郭.科学,1987年第47卷<10/11号）,11371144zvpgeqJ1hk8.M.I.onsoien,O.M.,O.Grong,akelsen和P.E.kvaale,焊接.研究,1990年第69卷<第1号）,P45-51NrpoJac3v19.R.N.帕金斯,应力腐蚀开裂,RWStaehle,欧塞尔地基本方面第四,D.范Ro