冶金工程毕业设计.docx

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冶金工程毕业设计

摘要

石油、天然气输送管线在服役过程中,环境中的氢不可避免的进入到管线材料内部,产生氢损伤。

管线钢中的氢可能导致氢脆和氢致开裂，裂纹扩展可能与进入钢中的氢含量有关。

本论文以X80管线钢为样品，在0.5mol/L的H2SO4溶液中用电化学充氢的方法进行研究，探讨试样在不同条件下的吸收氢的规律，为后面的耦合实验提供充氢依据。

本实验共分两组：

第一组固定充氢电流密度，改变充氢时间，研究在相同充氢电流密度下，充氢时间对氢吸收的影响。

第二组固定充氢时间，改变充氢电流密度，研究在相同充氢时间下，充氢电流密度对氢吸收的影响。

钢中氢的含量主要采用排油集气法测定,以获得钢中的氢含量。

实验获得如下结果：

固定充氢电流密度不变，随着充氢时间的延长，材料中的可扩散氢含量CH逐渐增加.充氢时间达到5h时，材料中的可扩散氢含量CH基本饱和，再延长充氢时间，氢含量的增幅很小。

固定充氢时间不变，随着充氢电流密度的增大，材料中的可扩散氢含量CH逐渐增加，充氢电流密度达到18mA/cm2时，材料中的可扩散氢含量CH基本饱和，再增大充氢电流密度，氢含量的增幅很小。

关键词：

管线钢；电流密度；氢脆；耦合

ABSTRACT

Inoil,naturalgastransportationpipelineserviceprocess,thehydrogeninenvironmentinevitablyenterstheinteriorpipingmaterials,generatinghydrogendamage.Pipelinesteelofhydrogencouldleadtohydrogeninducedcrackingandhydrogen,ithastodowithhydrogencontentinsteel.

ThepaperusedX80pipelinesteelassamples,in0.5mol/L-H2SO4solutionusingelectrochemicalhydrogencharging,toexplorespecimenunderdifferentconditionsofhydrogenabsorptionandprovideabasisforhydrogeninbehindofcouplingexperiment.Thisexperimentisdividedintotwogroups:

thefirstgroupisinchanginghydrogenfillingtime,fixedcurrentdensityofhydrogentostudyunderthesamecurrentdensityofhydrogen,hydrogenfillingtimeforhydrogenabsorption.Asecondgroupisinchangingthecurrentdensityofhydrogen,fixedhydrogenchargingtime,tostudythehydrogenfilledinthesametime,thecurrentdensityofhydrogeneffectsonhydrogenabsorption.Hydrogencontentinsteelmainlyadoptsdischargeofoilgascollectionmethod,inordertoobtainhydrogencontentinsteel.

Experimentsobtainthefollowingresults:

fixedhydrogenchargingcurrentdensityisconstant,astheextensionofhydrogenfillingtime,materialcanbediffusionhydrogencontentofCHincreasedgradually.Inhydrogenfillingtimeat5h,thematerialcanbediffusionhydrogencontentofCHbasicsaturated,andinextendthetimeofhydrogen,hydrogencontentoftheincreaseissmall.Fixedhydrogenchargingtimeisconstant,astheincreaseofcurrentdensityofhydrogen,thematerialcanbediffusionhydrogencontentofCHincreasedgradually.Inhydrogencurrentdensityreach18mA/cm2,thematerialcanbediffusionhydrogencontentofCHbasicsaturated,hydrogenandincreasethecurrentdensity,theincreaseofhydrogencontentisverysmall.

Keyword:

Pipelinesteel；Currentdensity；Hydrogenembittrlement；coupling

目录

摘要i

ABSTRACTii

第一章绪论1

1.1管线钢简介1

1.1.1管线钢用途1

1.1.2管线钢的生产情况1

1.1.3管线钢的消费状况2

1.1.4管线钢的发展趋势3

1.1.5X80管线钢3

1.2管线钢中的氢4

1.2.1影响管线钢中氢含量的因素分析4

1.2.2管线钢中氢腐蚀机理5

1.2.3管线钢氢腐蚀致开裂的危害5

1.3本实验的研究背景7

第二章X80管线钢电化学充氢行为的研究9

2.1引言9

2.2试验方法9

2.2.1实验材料9

2.2.2样品加工和准备10

2.2.3实验方案及过程10

2.3.实验结果与讨论12

2.3.1实验结果12

2.3.2钢吸收氢规律13

2.3.3两种不同情况下试样吸收氢含量的比较13

第三章结论15

致谢16

参考文献17

第一章绪论

1.1管线钢简介

1.1.1管线钢用途

管线钢如图1.1是指用于输送石油、天然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。

管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。

管线钢主要用于加工制造油气管线。

油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道，它的快速建设不仅将缓解我国铁路运输的压力，而且有利于保障油气市场的安全供给，有利于进步我国的能源安全保障程度和能力[1]。

图1.1管线钢

1.1.2管线钢的生产情况

目前，我国油气输送所使用的管线管主要由石油自然气团体公司的6个焊管厂生产，它们是宝鸡石油钢管厂、贵阳石油钢管厂、华北石油钢管厂，辽阳石油钢管厂，沙市石油钢管厂，胜利石油钢管厂等，总设计生产能力约为120万t左右。

生产的油气管以螺旋焊管和高频直缝焊管为主，而管径大、管壁厚的直缝埋弧焊管的生产在我国时间较短。

2000年，我国第一条大口径直缝埋弧焊管生产线在番禺珠江钢管公司建成，此生产线从澳大利亚引进，可生产厚壁大口径长输管线钢管，钢管外径457～1800mm，特殊规格可达3000mm，壁厚4.5～37mm，特殊规格还可增厚，单管最长可达12m。

但生产这种焊管所需管线用宽厚钢板目前基本还需依靠进口。

近日，日本住友金属和住友商事又与中国石油自然气团体公司（CNPC）下属的宝鸡钢管厂合作生产石油自然气用中径焊接钢管，主要生产油气输送管线的支线用焊管，产量可由目前的5万吨进步到2～3年后的12万吨。

国内对管线用钢的需求以X70级为主，新线目标定位在X80级热轧宽钢带和X100级宽厚板的生产，以适应目前10MPa和近期14MPa以上输送压力的设计。

1.1.3管线钢的消费状况

管线钢主要用于加工制造油气管线。

油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道，它的快速建设不仅将缓解我国铁路运输的压力，而且有利于保障油气市场的安全供给，有利于进步我国的能源安全保障程度和能力。

同石油一样，我国也将从境外的俄罗斯、中亚国家进口自然气，并通过东南沿海港口进口液化自然气（LNG）。

为了把这些自然气输送到主要的消费区域，建设输送管线是必不可少的。

目前“西气东输”项目已经建成，今后还将建设的主要管线有陕京二期、中俄自然气管线（东线、西线）、以及中亚或俄罗斯至上海自然气管线，终极与“西气东输”管线形成“两横、两纵”的自然气干线。

目前，原油、自然气管网已经具有相当规模，成品油输送管道相对较少，目前仅占全部输送量的40%，将来计划修建3万km，管径在Ф500mm左右，壁厚在10mm以下，以X65为主。

未来10年，我国将建设5万km的油气管道，均匀每年需要展设近5000km，每年自然气管道需要钢材近400万t。

随着管道输送压力的不断进步，油气输送钢管也相应迅速向高钢级方向发展。

在国际发达国家，20世纪60年代一般采用X52钢级，70年代普遍采用X60～X65钢级，近年来以X70为主，而国内城市管网以X52、X65为主。

目前国内主干线输气管最大压力为10MPa，最大直径能够达到Ф1016～1219mm，以X65、X70应用为主，X80也有应用，但用量未几。

随着国内输气管的延长和要求压力的进步，X70、X80将成为主流管线钢。

1.1.4管线钢的发展趋势

随着石油自然气需求量的不断增加，管道的输送压力和管径也不断地增大，以增加其输送效率。

考虑到管道的结构稳定性和安全性，还需增加管壁厚度和进步管材的强度，因此用作这类输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。

由于自然气的可压缩性，因而输气管的输送压力要较输油管为高。

近年来国外多数输气管道的压力已从早期的4．5～6．4MPa进步到8.0～12MPa，有的管道则达到了14～15．7MPa，从而使输气管的钢级也相应地进步[2]。

目前，国外的大口径输气管已普遍采用X70钢级，X80开始进进小规模的使用阶段，X100也研制成功，并着手研制X120。

输送酸性自然气的管道用钢目前已能生产到X65钢级。

21世纪是我国输气管建设的高峰时期。

“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法。

这条管线全长4167km，输送压力为10MPa，管径为1016mm，采用的钢级为X70、厚度为14．6mm，20℃的横向冲击功为≥120J。

这一钢级、规格、韧性级别目前国内已经生产，并且质量达到国际水平。

因此，生产这种规格的高强度、高韧性管线钢对我国今后采用国产管线钢生产大口径、高压输气管具有十分重大的战略意义。

1.1.5X80管线钢

X80管线钢的基本组织是针状铁素体组织[3]，这种组织是在较大的冷却速度下，在温度范围略高于贝氏体形成温度下的连续冷却过程中，由于扩散和剪切变形的共同作用，形成没有完整连续的晶界粒度参差不一的组织针状铁素体组织通常由针状铁素体和粒状贝氏体组成，同时基体中分布着岛针状铁素体管线钢主要通过细晶强化、沉淀强化和相变强化保证其强度。

由于微合金的添加和控制轧制和控制冷却工艺的应用，可以保证得到细小组织。

因此，以针状铁