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管线钢的近中性pH应力腐蚀开裂已经成为威胁管道安全、完整性运营的主要损伤形势之一。这种开裂是管道承受的外力和外部近中性pH腐蚀环境交互作用的结果。西气东输二线管道工程采用国产X80管线钢,在西部地区输气压力高达12MPa,西气东输二线管道穿越了我国西部近中性pH土壤溶液区。在如此高的输气压力下,X80管线钢是否会遭受穿晶应力腐蚀开裂,是一个必须要弄清楚的问题。
本文采用慢应变速率实验、高应力比低频率的循环载荷实验以及恒载荷实验研究了X80管线钢近中性pH环境中的应力腐蚀开裂行为;同时研究了预塑性变形对X80管线钢近中性pH环境中的应力腐蚀开裂行为的影响;另外研究了管线钢强度对其近中性pH环境中的应力腐蚀开裂行为的影响,得出如下结论:国产X80管线钢在近中性pH环境中能发生应力腐蚀开裂。在开路电位下,随着应变速率的降低,X80管线钢应力腐蚀开裂敏感性增强;X80管线钢在开路电位下裂纹最容易萌生。外加阳极电位由于在X80管线钢表面引起均匀腐蚀而抑制裂纹萌生;外加阴极电位由于抑制腐蚀而抑制裂纹萌生,但是随着外加阴极电位的负移,裂纹萌生敏感性增加。外加阳极电位和外加阴极电位都能促进X80管线钢近中性pH SCC裂纹的扩展。自腐蚀电位下-100mVSCE阴极保护准则可以用来对X80管线钢在近中性pH环境中进行腐蚀防护。在适当外加恒载荷作用下,经过足够长的时间,X80管线钢在通入5%CO2+95%N2混合气的NS4溶液中发生了应力腐蚀开裂。当外加恒载荷大于95%YS时,会发生应力腐蚀开裂;当外加应力小于88%YS时,经过259天,样品没有发生发生应力腐蚀开裂。X80管线钢在恒载荷作用下,在近中性pH环境中,产生了点蚀裂纹和非点蚀裂纹,而X80管线钢的失效主要是由点蚀裂纹的萌生和扩展引起的。在适当的最大拉应力下,经过足够长的时间,X80管线钢在通入5%CO2+95%N2混合气的NS4溶液中,在循环载荷作用下,能够发生应力腐蚀开裂。但是,当最大拉应力小于0.9 YS时,经过4万周次的循环加载,样品没有发生应力腐蚀开裂。载荷波动虽然减少了X80管线钢裂纹萌生的活性点,但是缩短了X80管线钢从裂纹萌生到失效的时间;因而,在能发生应力腐蚀开裂的情况下,载荷波动能促进X80管线钢近中性pH SCC。西气东输二线管道所采用的X80钢管在所设定最高压力为12MPa下运行,发生近中性pH SCC的可能性很小;如果管道的残余应力能控制在0.2YS以下,那么,西气东输二线管道所采用的X80钢管在所设定最高输气压力为12MPa下运行发生近中性pH SCC的可能性将进一步减小。消除,或者尽可能减小管道内部的残余应力,对于西气东输二线X80钢管道的安全运行是十分必要的。预塑性变形能促进X80管线钢近中性pH应力腐蚀开裂。预塑性变形后,在X80管线钢表面形成点蚀裂纹。在未来采用基于应变设计准则方法来指导管道工程建设时,应该把管线钢近中性pH SCC这一情况考虑进去,以期进一步提高基于应变设计准则方法的安全系数,从而更好地指导管道工程建设。X100管线钢在适当外加恒载荷作用下,经过足够长的时间,X100管线钢在通入5%CO2+95%N2混合气的NS4溶液中也发生了应力腐蚀开裂。X100管线钢在恒载荷作用下,在近中性pH环境中,产生了非点蚀裂纹,X100管线钢的失效主要是由非点蚀裂纹的萌生和扩展引起的。在实验条件下,X70、X80和X100三种管线钢抵抗近中性pH应力腐蚀开裂的能力依次为:X70管线钢>X100管线钢>X80管线钢,这说明管线钢近中性pH SCC敏感性不随管线钢强度的提高而增加。