X80鋼及焊接接頭在高pH環境中的慢應變拉伸試驗研究

[摘要]采用慢應變速率拉伸（SSRT）試驗觀察研究了X80管線鋼及焊接接頭在0.5mol/L Na2CO3+1mol/L NaHCO3溶液中的應力腐蝕破裂（SCC）敏感性。試驗結果表明，隨著外加電位的負移，斷裂時間、斷面收縮率、應變量都明顯變??；X80管線鋼及焊接接頭的應力腐蝕開裂敏感性增加，施加相同外加電位時，焊接接頭較母材的應力腐蝕敏感性增加。

[關鍵詞]X80管線鋼；SSRT；CO32--HCO3-溶液

前言

X80鋼是目前國際鋪設的最高強度級別的管線鋼，但由于管道輸送過程中，焊接接頭處是薄弱環節，最容易發生生突發性破裂事故，所以加緊X80管線鋼及焊接接頭的研究有著重要的工程應用價值。

土壤介質引起的應力腐蝕開裂（SCC）危害較大，而管線鋼SCC可分為高pHSCC和近中性pHSCC。為便于研究，本文采用0.5N Na2CO3+1N NaHCO3溶液來模擬高pH值土壤環境，就X80鋼及焊接接頭的應力腐蝕進行試驗研究。

1、試驗選材

本試驗所用材料是X80鋼，密度為7.9g/cm3。所用材料分別取材于母材和焊縫處，經過機械加工做成試樣。所得試樣的形狀和尺寸如圖1所示。

圖1 試樣

2、試驗設備

選用國產SCC-1型應力腐蝕測量系統對試樣進行慢應變速率拉伸（SSRT）試驗。

3、試驗介質

本實驗用0.5mol/LNa2CO3+1mol/L NaHCO3溶液，所用溶劑為去離子水。

4、試驗結果及分析

在試驗設備上分別測試母材和焊縫在-1000mV、-800mV、-730mV、-600mV自腐蝕電位下和空拉時的應力腐蝕敏感性。通過對母材在不同外加電位下拉伸時的曲線和斷裂壽命、斷面收縮率、抗拉強度、應變量與空拉時的值比較，觀察其變化規律。

圖2為母材在不同外加電位下的應力-應變曲線。從圖2中可以看出，曲線的變化具有一定的規則性?？绽瓡r無論是抗拉強度還是斷裂壽命都是最大的；當有外加電位時，隨著電位的負向增大，抗拉強度逐漸增大，斷裂壽命卻逐漸減小，并且其減小量受電位影響很大，呈現急劇下降趨勢。但同空拉曲線比較得出：外加電位對埋地管線鋼的失效影響很大。

表3為母材的應力腐蝕破裂參數。由表中數據看出：當外加負電位值增加時，斷裂壽命明顯減小，說明陰極保護對應力腐蝕有促進作用。斷面收縮率隨著電位的增大明顯增大，說明試樣斷裂時的變形越來越大，其脆性斷裂越不顯著，其中，以空拉時的斷面收縮率最大。外加電位對抗拉強度無明顯影響，說明抗拉強度是材料本身的性質，外界影響不大，只是空拉時會比加電位時稍微大一些。應變量的變化最明顯，在空拉時屬于典型的塑性斷裂，當存在外加電位時，隨著負電位數值的增大，脆性斷裂越明顯。

圖3為焊縫在不同外加電位下的應力-應變曲線。從圖3中可以看出隨著電位負向增加，抗拉強度基本上不變，但仍以空拉時最大。斷裂壽命則隨著電位的負向增大而明顯減小，空拉時由于試驗設備原因導致空拉曲線在下滑階段有所失準，故不在試驗考慮之內。因此焊縫的應力腐蝕敏感性隨著電位的負向增加而增強。從表4中可以看出，隨著電位數值的負向增加，斷裂壽命增加，抗拉強度處于540N左右波動，應變量則明顯的減小，證明外加陰極電位促進了焊縫的應力腐蝕破裂。將表4與表3比較可以看出，在相同的外加電位下，焊縫比母材的斷裂壽命明顯減少。

5、結論

1）母材和焊縫的腐蝕敏感性都會受到外加電位的影響，并且電位的負向值越大時，受到的影響越明顯。隨著外加電位的負移，母材和焊縫的斷裂時間、斷面收縮率、應變量都明顯變小，X80管線鋼及焊接接頭的應力腐蝕開裂敏感性增加，施加相同外加電位時，焊接接頭較母材的應力腐蝕敏感性增加。2）在相同的外加電位下，焊縫比母材更易受到應力腐蝕的影響，斷裂壽命明顯減少，即焊縫更易受到腐蝕，焊接接頭較母材的應力腐蝕敏感性增加。

作者簡介

呂玉榮（1982- ），女（漢族），山東濰坊人，鶴壁職業技術學院講師。