焊接过程使焊缝形成了独特的组织特征,又不可避免地产生残余应力,这些都为应力腐蚀开裂提供了条件,因为焊缝与母材在抗应力腐蚀开裂方面存在差别。米运卿”1等人通过WX52管道钢母材及焊缝的恒载荷拉伸试验,得到了如图2所示的d。一f,图。
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图2WX52管道钢母材及焊缝的o。t.图从图2可以看出,随着作用应力的下降,断裂时间延长。将150h仍未产生断裂的应力作为临界应力腐蚀开裂应力(a。,则WX52母材的临界应力腐蚀开裂应力d。一340MPa;WX5Z焊缝的临界应力腐蚀开裂应力d。一176MPa。这一数据表明,管道焊缝的临界应力腐蚀开裂应力比母材降低了近一半,证明焊缝比母材的应力腐蚀开裂更为敏感,是油气管道的薄弱环节,必须采取措施改善焊缝的成分和组织。
道钢缝应力腐蚀的控制合金元素、控制焊接工艺、控制介质因素等方法。指出适量加入合金元素可
提高管道焊缝的抗应力腐蚀能力。
主题词管道焊缝应力腐蚀分析控制方法
油气管道的应力腐蚀开裂往往起源于焊接接头区域,但在传统上,应力腐蚀开裂的研究工作主要围绕母材进行。管道焊缝的开裂有其特殊性,不同于管道的应力腐蚀开裂,如果忽视这一区别,将在油气管道安全性评定和剩余使用寿命的预测上产生偏差。据统计,截止到1993年底,四JI『石油管理局输气公司的输气干线共发生硫化物应力腐蚀事故78起,其中川I东公司的输气干线共发生硫化物应力腐蚀破裂事故28起,仅1979年8月至1987年3月间就发生12次硫化物应力腐蚀的爆管事故,经济损失超过700×104元“。。常,应力越大,发生开裂的时间越短,而小于某一应力值就不发生开裂,此应力值称为应力腐蚀的门槛值,见图1。
油气储运
2003年
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图4
WX52钢母材及焊缝在硝盐介质中的
动电位极化曲线
二、焊缝应力腐蚀的因素
1、硬化层宽度
在管道焊接过程中,局部不均匀加热与冷却使母材、热影响区(HAZ和焊缝之间的组织形态和性能发生了变化,HAZ的硬度升高,应力腐蚀开裂的临界应力降低。对不均匀性试样(试样两侧材料为16Mn,中间夹层材料为4340钢得到了如图3所示的模拟试验图。3。
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图3da/dt—K关系曲线图
参考文献
1.BCH001—88长输管道施工和现场管道内部清理及试压。
2,ANSI/ASME B31.8糖气和配气管道系统,
(修改稿收到日期,2003一01—28
编辑:刘誊阳
第22卷第l】期陈居术等:管道焊缝的应力腐蚀及其控制
高,就越容易产生应力腐蚀裂纹。
材料的成分和组织状态对应力腐蚀的敏感性有很大影响。纯金属是不会发生应力腐蚀开裂的,但随着杂质的增加,应力腐蚀的敏感性加大。材料的晶粒越粗大,应力腐蚀的敏感性也越大。高强度钢的应力腐蚀敏感性较高,易发生应力腐蚀开裂。
油气储运2003正
管道焊缝的应力腐蚀及其控制
陈居术’孙新岭张涛龙军
(中国人民解放军后勤工程学院
陈居术孙新岭等:管道焊缝的应力腐蚀及其控制,油气储运,2003,22(1142~45。
摘要通过研究管道焊缝应力腐蚀的规律,发现焊缝比母材具有更高的应力腐蚀敏感性,焊
缝硬化层越宽,对应力腐蚀越敏感,工作温度越商,应力腐蚀敏感电位区间就越宽。介绍了控制管
2、工作温度
动电位扫描法是一种模拟电池法,用来确定应力腐蚀敏感电位区间。用动电位扫描法得到了WX52钢母材和焊缝在25℃、40℃和90℃硝盐水溶液中的动电位极化曲线,见图4。3。从图4中看到,根据Parkins提出的评定准则,WX52钢在25℃硝盐水溶液中的快速扫描极化曲线值低于其慢速扫描极化曲线值,说明该管道钢无论是母材还是焊缝.在此温度下都没有应力腐蚀倾向。但40℃时的极化曲线值上升很快,而母材变化不大,表明焊缝的电化学影响大于母材,易引起电位升高。随着温度继续升高,无论母材还是焊缝,敏感电位区问都在扩大,在升到90℃时,焊缝的敏感电位区间为760~1140 mV。母材的敏感电位区间为760~950mV,焊缝的敏感电位区间比母材的宽,说明温度对敏感电位区间有影响。因此,温度的变化可以改变输气管道的抗应力腐蚀开裂能力,且对焊缝的影响更大。这是由于温度升高,H。s在水中的溶解度降低,而氢的扩散速度加快。这两个相反的综合作用产生了应力腐蚀极值点,而焊接过程使焊缝组织晶粒增大,晶界发生严重偏析,导致敏感电位区间进一步增大。
五、结论
通过上述几个方面的论证和比较,可以得出以下结论。
(1西气东输管道工程在一、二级地区采用空气试压技术是可行的,安全方面有保障。
(2在严重缺水地区采用空气试压费用节省,经济性好。
t400016.重庆市大坪长江二路147号÷电话t(02368756473。
(3在西气东输管道工程西部严重缺水地区,所有一级地区的管道应全部采用气压试验方法,二级地区根据水源情况可以部分采用空气试压方法。
3、焊缝的台金元素含量
低碳低合金钢焊缝金属的应力腐蚀,除受焊接工艺参数的影响外,很大程度上还受其自身显微组织的影响。例如,低合金高强度钢的应力腐蚀倾向大体按金相组织的排序而递增,即球状珠光体一500℃回火马氏体一层片状铁索体和珠光体一马氏体。通过在WX52管道钢焊缝中渗入微量Ti、B、稀土Y等合金元素,得到了添加合金元素后焊缝“一t,图。3和快速、慢速扫描极化曲线。3,见图5和图6。从图中看出,舔加合金元素后,焊缝的临界应力腐蚀开裂应力“=254MPa比未加合金元素时临界应力腐蚀开裂应力“一176MPa大大提高了。当介质温度为90℃时,焊缝敏感电位区间640~950mV
由图3可见,当应力强度因子K相同时,中间夹层宽度^越大,则da/dt越大,裂纹扩展速度加快。由于力学不均匀性的影响,硬夹层较窄的不均匀体,因裂纹尖端受硬夹层两侧软区屈服的影响,将产生更大的塑性变形,从而产生更强的陷阱效应,使得氢向硬区金属中的扩散距离增加,扩散阻力更大,裂尖附近弹塑性交界处的氢聚集吏为缓慢,裂尖金属产生足以导致裂纹扩展的脆化所需的时间更长。
时向(h
图1应力腐蚀断裂的特征曲线
一、应力腐蚀的条件2、腐蚀介质与材料
应力腐蚀断裂只在一定的材料介质组合条件下
1、拉应力才能发生,有时浓度很低的介质也会引发应力腐蚀
拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件。通裂纹。一般情况下,介质的浓度越高,环境温度越_pp口4q自∽q4、p口o-4hoqm、p_。p-o镕o,口8∽*n、pp口‘_。Ⅻ“p。oq4p,40h4Ⅶm、pp@4p_￥口8q4p口9口_・女Ⅷ4q4b^pd。