x70管线钢的硫化氢腐蚀疲劳行为研究

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1、北京工业大学硕士学位论文X70管线钢的硫化氢腐蚀疲劳行为研究姓名：苗伟申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：张亦良20080501摘要西气东输工程是国家重大的生命线工程。为了研究西气东输用钢X70管线钢在硫化氢环境中的应力腐蚀性能和腐蚀疲劳行为，本文用x射线法测定了X70管线钢板和试样的焊接残余应力，对其残余应力水平给出工程实际评价。采用螺栓加载法，用改进型WOL试样，测定了X70管线钢母材及热影响区在饱和浓度硫化氢环境中临界应力强度因子K1scc。将疲劳可靠性试验理论中的升降法引入到裂纹扩展门槛值的试

2、验测定中，实现了H2S恶劣环境中的低周腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的测定，且在一定程度上可节省试验时间，降低了传统试验方法对裂纹扩展量的精确测量要求，利用单个试件即可较精确测得裂纹扩展门槛值。另外，对X70管线钢母材及热影响区在空气和饱和H2S环境、固定加载频率、不同应力比条件下进行了腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验，用Paris公式得出了X70钢在不同试验条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率表达式，并按断裂力学观点，以K1scc为界，将H2S环境中数据按两段式进行了Paris拟和。结果表明：①相同试验条件下，X70管线钢热影响

3、区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率比母材略大。②在H2s腐蚀环境中，X70管线钢的疲劳裂纹扩展速率大大提高。在相同试验条件下(加载频率产0．01Hz，应力比R=0．7)，H2S腐蚀环境中的裂纹扩展速率是空气中的36倍左右。③随着应力比的增加，X70管线钢母材及热影响区在H2S溶液中的疲劳裂纹扩展速率也相应增大。利用扫描电镜对应力腐蚀试样和腐蚀疲劳试样断口形貌进行了观察，结合不同的试验条件对各试样断口特征进行了比较。在H2S环境中，低周腐蚀疲劳的断裂形式属于脆性断裂，在腐蚀疲劳裂纹的扩展过程中，应力起着主导作用，断口形

4、貌的腐蚀坑和大量的二次裂纹都是在裂纹张开后，断面暴露在H2S溶液中被腐蚀所致，H2S腐蚀加速了裂纹的扩展。本课题根据实验要求，应用新型腐蚀疲劳试验机，对实验室原有的腐蚀疲劳实验装置进行了改造，自行设计了测定疲劳裂纹扩展速率的试验装置。自制引伸计解决了引伸计在硫化氢环境中密封的问题，克服了在恶劣硫化氢腐蚀环境中进行腐蚀疲劳试验的困难。实验数据可靠，可为西气东输X70管线钢的寿命评估提供实验依据。关键词管线钢硫化氢腐蚀疲劳门槛值ABSTRAC丁■置皇皇量曼皇皇皇曼曼曼詈鼍詈皇寡—量罾量量喜置皇曼曼皇量皇葛量寡量

5、曼量曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼量舅曼皇量量曼鼍皇曼鲁量量暑量曼曼曼曼曼曼曼鲁置I皇曼鲁皇ABSTRACTTheprojectof‘West·EastGasTransmission”isanationallifelineconstructionproject．InordertoresearchthestresscorrosionperformanceandthecorrosionfailguecharacteristicofX70pipelinesteelinhydrogensulfideenvironment,t

6、heweldingresidualstressofX70pipelineplateandsampleWasdeterminedbyX—raymethod，andengineeringevaluationWaSgivenaceordingtothelevelofitSresidualstress．111eboltloadingisused·totestcriticalstressintensityfactorKIsccofbasemetalandheataffectedzonesamplesinsaturat

7、ionconcentrationhydrogensulfidesolution,thesamplesisModifiedWOLspecimens．ThefluctuationmethodofthereliabilityoffatigueWaSexpandtothethresholdofthetest,andachievedthelow-frequencycorrosionfatiguecrackgrowththresholddeterminationinH2Sharshenvironment．Tosomee

8、xtent,thismethodcallsavetesttime，lowertheprecisionmeasurementrequirementsofcrackpropagationbytraditionaltestmethods．砀euseofasinglespecimencanbemorepreciselymeasuredcrackgrowththreshold．Inaddition,thecorrosion