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管线钢应力侵蚀开裂

浏览次数[] 公布工夫:2013/7/13 17:14:09

择要:引见了管线钢应力侵蚀开裂(SCC)的观点、范例、构成机理、影响身分及预防措施。引见了应力侵蚀开裂范例,即远中性pH-SCC和下pH-SCC,对照其发作前提和描写特性。论述了SCC的影响身分,重要包孕情况身分、力学身分和质料身分。讨论了SCC构成机理,下pH-SCC的构成机理的广泛注释为阳极消融机理,远中性pH-SCC的构成机理还没有杀青共鸣。最初得出应力侵蚀开裂的预防措施,即接纳机能优秀的防腐层及竖立管道寿命展望和SCC掌握等步伐。
0 弁言
    管线钢正在推应力和特定的侵蚀情况下发生的低应力脆性开裂征象称为应力侵蚀开裂(Stress CorrosionC racking,缩写为SCC)。应力侵蚀开裂是情况敏感开裂的一种状况,它不会形成管线钢显着丧失,但却能引发钢机器强度明显下落的侵蚀。[1]自1965年初次正在美国发明油气管道下pH值SCC以来,已正在澳大利亚、加拿大、巴基斯坦、俄罗斯和阿根廷发明此类变乱。1985年,正在加拿大初次发明了远中性pH值SCC[2],随后,意大利和俄罗斯都有这方面的报导。1980年,四川天然气管道发作的一同应力侵蚀开裂也具有肯定的代表性。因为SCC正在管线通例巡查中不容易被发明,一旦发作,其损坏水平伟大,因而有必要对SCC的特性、构成机理、影响身分和预防措施停止研讨,包管油气管道的平安运转。
1 应力侵蚀开裂的特性
     1965年,美国发明的输气管线SCC,裂纹沿晶背扩大,异常狭小,常泛起正在管道侧壁,但它并没有引发管道严峻侵蚀。然后去正在加拿大发明的SCC,裂纹则是穿晶型的,相对较宽,并能致使管壁侵蚀。因而,埋天管线SCC有两种情势,即下pH值SCC(沿晶侵蚀)和远中性pH值SCC(穿晶侵蚀)。两品种型的应力侵蚀开裂都邑正在管道表面上构成裂纹群,并沿着管线轴向偏向,但其构成情况、裂纹形状及影响皆不雷同。[3]
1.1 下pH值SCC的特性
    下pH值SCC一样平常发作正在CO32-和HCO-3浓度较下的土壤环境中(pH值为9~11),电位区间为-625~-425 mV(SCE),温度一样平常正在22~90℃.裂纹起源于取泥土打仗的管道表面里,重要正在管道的下底侧。下pH值溶液中,SCC是沿晶开裂,因而裂纹异常狭小,其扩大随温度下落按指数规律下落。实例注解:下pH-SCC一样平常正在距紧缩站下流20 km四周,生效数目随距加压站间隔的增添和管道温度的低落而明显低落。
1.2 远中性pH值SCC的特性
     远中性pH值SCC一样平常发作正在HCO3-浓度较低的土壤环境中(pH值为515~8),电位区间为-760~-790 mV.远中性pH值SCC的裂纹是一样平常是穿晶型的,裂纹侧壁发作侵蚀,裂纹显得比高pH值SCC裂纹要宽很多,但是裂纹一样平常随其变深而变窄。实例注解:低中性pH值SCC 65%发作正在紧缩站和第1个下流阀之间(其间距一样平常为16~30 km);12%发作正在第1个下流阀和第2个下流阀之间;5%发作正在第2个下流阀和第3个下流阀之间;18%发作正在第3个下流阀四周。
2 应力侵蚀开裂构成机理
2.1 一般情况下的构成机理
2.1.1 阳极消融机理因为管道钢晶界碳化物偏析,晶界区原子能量较下、电位较背,相对晶粒内部为阳极,优先消融,引发沿晶间腐蚀。正在应力感化下,正在裂纹生长尖端部位,金属部分塑性变形致使其四周外面保护膜碎裂,袒露的金属成为阳极,发作快速阳极消融,致使裂纹不断发展。
2.1.2 薄膜引诱开裂机理
    若是一样平常的黏性质料管道中有脆性薄膜,裂纹将正在薄膜处萌发,沿着管道生长,直至钝化。若是正在侵蚀历程中裂纹尖端又构成薄膜,该历程将反复。[2]
2.1.3 氢脆机理
    因为侵蚀的阴极回响反映析出氢,氢原子进入金属晶格,并正在裂痕尖端和其他应力集中处聚集。聚集的氢原子会低落晶格间的内散强度,天生不稳定的氢化物,构成应变引发马氏体,促进位错发射和部分塑性变形,使这些地区变脆,正在推应力的感化下脆断,构成微裂纹。[4]
2.2 下pH值和远中性pH值下的构成机理
2.2.1 下pH值SCC构成机理
    对下pH值条件下管线钢的SCC停止了深切的研讨,其广泛注释是阳极消融机理。
     阴极极化增进涂覆层下构成下pH-SCC情况,正在这类情况下,钢管线外面会构成保护膜,制止了管线和周围环境的间接打仗,若是膜不被损坏,将不会发作应力侵蚀开裂,一旦管线钢发作塑性变形,保护膜就会被损坏,管线便会取情况间接打仗,从而给管线应力侵蚀开裂发明了前提。裂纹萌发(每每起首正在金属表面缺点处)进而扩大。若是管线钢由塑性应变进入弹性应变阶段,正在管线钢袒露的中央构成保护膜,裂纹住手扩大;但若是保护膜正在裂痕尖端因为塑性变形发作碎裂,裂纹便会继承扩大。只要正在塑性变形的速度比保护膜构成的速度快时,裂痕才会生长。因而,下pH值情况中的应力侵蚀开裂裂痕扩大取应变速度有关,而应变速度取压力转变相干。
2.2.2 远中性pH值SCC构成机理
    对远中性pH值条件下的管线钢SCC研讨相对较少,对其机理还没有杀青共鸣。便其机理研讨而言,现在重要有如下3种看法:膜碎裂和阳极消融;氢脆机理;阳极消融和氢脆混淆机理。[4]
3 应力侵蚀开裂的影响身分
    管线若要发作SCC,必需同时知足3个前提:开裂所需的特定情况,对SCC敏感的质料,高于临界值的推应力。上面离别议论那3个身分对管线钢正在下pH值溶液和远中性溶液中SCC的影响。[1]
3.1 情况身分
    管道外面的情况前提遭到涂层的品种、泥土、温度和阴极保护电流等身分的影响。涂层状态是决意破坏涂层下终究溶液身分的主要因素,也是决意SCC历程的间接身分。有文献指出,远中性pH-SCC重要正在聚乙烯带涂层下发明,少许正在沥青和煤焦油珐琅涂层下发明,迄今还没有正在熔融联合环氧涂层和挤压聚乙烯涂层下发明,但已正在熔融联合环氧涂层下发明下pH-SCC.泥土范例对SCC的影响不是很大,但因为其持水能力强,厚重的粘土更有害,随土壤含水量的转变,泥土缩胀所发生的应力便加正在涂层和管道上。下pH-SCC裂纹扩大很大程度上取决于管道外面的温度,远中性pH-SCC对温度转变其实不敏感。[5]
3.2 力学身分管
    线的SCC历程中,必需有应力才会致使质料形变和开裂。应力重要包孕事情应力、剩余应力、热应力和构造应力。影响SCC的力学身分包孕应力巨细、应力颠簸及应变速度等。应力颠簸是裂纹萌发和扩大的必要条件,若是压力颠簸小,裂纹扩大速度是很低的。发作SCC临界应力值受多个身分的影响,包孕颠簸应力、SCC情况、管线外面的电化学电位和管线的运用阅历等。应变速度的重要性在于裂纹尖端的部分屈就将新颖金属袒露于情况中,从而使SCC继承。[6]
3.3 质料身分
    质料的化学成分和显微构造明显影响管线钢SCC的敏感性。[7]有研究者以为,管线的性子和质量取远中性pH-SCC的发作相干,包孕管线生产工艺、钢品级、钢范例、干净水平、钢身分、钢塑性变形特性、钢温度和外面状态等。下pH-SCC对管道温度较敏感。
4 应力侵蚀开裂的预防措施
    为防备管线的应力侵蚀开裂,能够接纳加涂防腐层、竖立寿命展望体系、停止管道内部检测及再次停止静压实验等要领。正在接纳涂加机能优秀的防腐层方面,加拿大能源管道协会肯定了对防腐层防备SCC的3项要求:能阻挠构成致裂情况,防备电解质溶液取管道钢材外面的打仗;防腐层脱落或破坏时能许可阴极保护电流经由过程;防腐层施工时经由过程改动管道外面状况去低落剩余应力。[1]除此之外,海内应凭据实际情况,竖立响应的埋天管道寿命展望和SCC掌握要领,对埋天管道激发SCC的可能性停止评价,展开应力侵蚀开裂偏向的展望,保障埋天管道的平安退役。[8]
5 结束语
   SCC是现在埋天油气管道发作开裂的重要情势之一,破坏性很大,影响身分庞大,触及情况身分、力学身分和质料身分三方面,关于其构成机理尤其是远中性pH-SCC的构成机理借有待深切研讨。固然海内油气管道发作SCC变乱较少,但也应引发正视,接纳响应的掌握和预防措施制止变乱的发作。