高载小幅载荷下管线钢裂纹扩展规律研究

• 作 者: 李明星
• 机 构: 西安石油大学
• 出 处: 西安石油大学
• 发表日期: 2003年期
• 关键词: 高载小幅载荷 腐蚀疲劳 裂纹扩展 模拟土壤介质 模型 X70管线钢

实际服役管线的力学环境是在管线防腐层剥落处,局部土壤介质中由输送压力所形成的大载荷上叠加因应力缓慢波动引起的小幅循环载荷.管线在此高载小幅载荷下会产生腐蚀疲劳.基于这种背景,该文对X70管线钢在模拟高pH值土壤介质(1N Na<,2>CO<,3>+1N NaHCO<,3>溶液)和近中性土壤介质(NS4溶液,95％N<,2>+5％CO<,2>)中的裂纹扩展特性和断裂机理进行了系统的研究.在模拟土壤介质(1N Na 2CO 3+1N NaHCO3溶液和NS4溶液)中,循环载荷下,X70管线钢的裂纹扩展主要受裂尖应力强度因子幅△K的控制;不同应力比下,X70管线钢的裂纹扩展呈明显的门槛值特征,随着循环载荷应力比的升高,裂纹扩展的门槛值降低.在模拟高pH值土壤介质中,环境因素对裂纹扩展的无明显影响,加载频率对裂纹扩展无明显影响,裂纹扩展主要受力学因素的影响;在近中性土壤介质中,环境因素加速裂纹扩展,裂纹扩展速率随加载频率的降低而升高.结合裂纹扩展特性,分别建立了X7 0管线钢在模拟高pH值和近中性土壤介质中裂纹扩展量化模型.在阴极保护条件下,管线最佳的阴极保护电位为E=-850Mv(Cu/CuSO<,4>电极),阴极保护电位不足或过保护,裂纹扩展速率都会增大;电化学研究表明,在近中性土壤介质NS4溶液中,CO<,2>会加速X70管线钢的腐蚀速度,阴极过程以HCO<,3>-和H<,2>CO<,3>的还原为主,H+的还原反应不占主导因素;电化学渗氢结果表明,氢导致X70管线钢塑性明显下降,从而降低材料的断裂强度和断裂延性,椐此,初步认为近中性土壤介质加速裂纹扩展可归结于裂尖材料的氢脆.