超快冷工艺对高铌X80管线钢抗腐蚀性能的影响

第４３卷２０１５年２月

第２期第６７－７２页

材　料　工　程

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　ｇｇ

．４３Ｖｏｌ

．６７－７Ｆｅｂ．２０１５ｐ２ｐ

２Ｎｏ．

超快冷工艺对高铌Ｘ８０管线钢抗腐蚀性能的影响

ＩｆｌｕｅｎｃｅｏｆＵｌｔｒａＦａｓｔＣｏｏｌｉｎＰｒｏｃｅｓｓｎ　　　　ｇ　ｏｎＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＨｉｈ　　　　ｇＮｂＸ８０ＰｉｅｌｉｎｅＳｔｅｅｌ　　ｐ

２

，吴开明１周　峰１，

（１高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心

武汉科技大学国际钢铁研究院，武汉４０８１；３０）湖南娄底４００９２湖南华菱涟源钢铁有限公司，１７

１，２１

ＷＵ　ＫａｉｎＺＨＯＵＦｅｎｉ－ｍ　ｇｇ，

（，１ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＳｔｅｅｌＴｅｃｈｎｏｌｏＷｕｈａｎ　　　　　ｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＨｕｂｅｉＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　　　　ｙｇｙ　，；ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＳｔｅｅｌｓＷｕｈａｎ４３００８１，Ｃｈｉｎａ　　　　　

，，，）２ＬｉａｎｕａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．Ｌｏｕｄｉ４１７００９，ＨｕｎａｎＣｈｉｎａ　　　　　ｙ

、研究了采用新型超快速冷却工艺生产的Ｘ抗氢致开摘要：依据ＮＡＣＥ标准，８０管线钢抗硫化物应力腐蚀开裂（ＳＳＣＣ））裂（和抗Ｃ左右，超过此临界产生开裂的临界应力值在６Ｈ３９０ＭＰＩＣ）ＯＣ腐蚀实验表明，ａＳＳＣ５％σ２等腐蚀的情况。ｓ（值，试样的腐蚀敏感性较高，抗腐蚀能力较差，在９应力敏感性极高。Ｈ裂纹敏感百５％ＩＣ腐蚀实验表明，σｓ加载水平下，分比、裂纹长度百分比和裂纹厚度百分比均为零。抗Ｃ在Ｃ平均腐蚀速率ＯＯ．１ＭＰａ条件下，２腐蚀实验表明，２压力为０／。研究表明采用新型超快冷工艺生产的Ｘ为０．抗Ｈ８４３ｍｍａ８０管线钢具有优良的抗ＳＣ腐蚀性能、６ＳＣＩＣ腐蚀性能和抗ＣＯ２腐蚀性能。

；关键词：抗腐蚀性能；抗硫化物应力腐蚀；抗氢致开裂ＸＮｂ８０管线钢；：／ｄｏｉ１０．１１８６８１．２０１５．０２．０１１．ｉｓｓｎ．１００１４３８－ｊ

（）中图分类号：４３８００６０６７２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１１２０１５０２７ＴＧ１１００－－－：Ａ，ＡｂｓｔｒａｃｔｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅＮＡＣＥｓｔａｎｄａｒｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｎｅｗｔｅｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎ　　　　　　　　　　　　ｇｙｐｇ　

，ｒｏｄｕｃｅｄＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｔｏｓｕｌｆｉｄｅｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎＳＳＣＣ）ｈｄｒｏｅｎｉｎｄｕｃｅｄｒｏｃｅｓｓ　　　　　　　　　ｐｐｇ（ｙｇｐ

ａｓｉＨＩＣ）ａｎｄＣＯｃｒａｃｋｉｎｎｖｅｓｔｉａｔｅｄ．ＳＳＣＣｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｒｉｔｉｃａｌｃｒａｃｋｉｎ　　　　　　　　ｇ（ｇｐｇ２ｗ

），，３９０ｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｉｓａｂｏｕｔ６５％ＭＰａｏｖｅｒｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓｅｃｉｍｅｎσ　　　　　　　　　　　ｙｐｓ（　，，ｏａｂｅｃｏｍｅｓｈｉｈｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｅｃｏｍｅｓｏｏｒ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅ９５％σｄｉｎｌｅｖｅｌｔｈｅ　　　　　　　　ｇｐｇｓｌ　ｓｔｒｅｓｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｈｉｈ．ＨＩＣｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒａｃｋｓｅｎｓｉｔｉｖｅｅｒｃｅｎｔ－　　　　　　　　　　ｙｙｇｐｐ　　

，，ａｅｔｈｅｃｏｒｒａｃｋｌｅｎｔｈｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔｅｒｃｅｎｔａｅａｎｄｔｈｅｃｒａｃｋｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｒｃｅｎｔａｅｉｓａｌｌｚｅｒｏＣＯ　－　　　　　　　　　　　ｇｇｐｇｐｇ２ｃ，ａｎｃｉｓ０．ｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ１ＭＰａｔｈｅａｖｅｒａｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｉｓｒｅｓｓｕｒｅｏｆＣＯ　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇ２

／０．６８４３ｍｍａ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｒｏｄｕｃｅｄｂｔｈｅｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎ　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇ　ｒｏｃｅｓｓｈａｖｅｓｕｅｒｉｏｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏＳＳＣＣ，ＨＩＣａｎｄＣＯ　　　　　　　ｐｐ２．：；；ＫｅｗｏｒｄｓＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＮｂ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＳＳＣＣ；ＨＩＣ　　ｐｙ　我国在高强度管线钢管开发领１世纪以来，　　进入２

］１－４

，高钢级管线钢通常采用控轧控域取得了显著进展［

冷及微合金方式生产，为进一步降低管线钢的成本，需要采用新的合金设计和新型工艺。以超快速冷却设备为核心的新一代ＴＭ析出Ｐ技术可以实现细晶强化、Ｃ强化、相变强化等多种强化机制，充分挖掘钢材的潜力，

］５－９

。管线运输是长距提升钢材性能，节省资源和能源［

离输送石油天然气最经济合理的运输方式，输气管道的服役条件多为潮湿环境，输送介质含硫化氢、二氧化碳等酸性物质较多，硫化氢、二氧化碳等引起的管道腐蚀

］１０－１３

。超快冷工艺生产的Ｘ失效事故时有发生［８０管线

钢充分利用其细化晶粒的优势，减少合金元素的加入，

６８材料工程２０１５年２月

降低了生产成本，节约了资源，但同时可能对产品的其他性能产生影响。本工作研究了新型超快冷工艺生产的高Ｎｂ成分Ｘ８０管线钢及其对抗腐蚀性能的影响。

提高未再结晶温度和固溶强化效果，实现两阶段大压下控制轧制。同时采用Ｎｉ进行复合微合金化，ｂ＋Ｔ

，，减少贵重合金元素Ｎ以降低管线钢的ｉＭｏＣｒ的用量，合金成本。Ｘ８０管线钢的冶炼化学成分如表１所示。１．２　生产工艺

充分利用热连轧机的轧制能力，并结合超快冷工艺的优点，以满足Ｘ８０管线钢的高强度与高韧性。采用二段式轧制，在粗轧阶段进行７道次轧制变形，精轧

１　化学成分与生产工艺

１．１　化学成分

实验材料成分采用高Ｎ主要利用Ｎｂ设计，ｂ有效

表１　Ｘ质量分数／％）８０管线钢的化学成分（

／％）Ｔｌｅ１　ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎａｂ　　　　　　　ｐｐ

Ｃ　０．６０．０４０－　

Ｓｉ　０．０．２００３－　

Ｍｎ　１．１．７００９－　

ｂＮ　０．０．０６０１－　

Ｔｉ　０．０．０１３０－　

Ｍｏ＋Ｃｒ　０．０．５００７－Ｐ　２０≤０．　

Ｎ　０．００７３

ＦｅＢａｌ

阶段进行７道次轧制，将终轧温度设定为７９０～采用超快冷并辅以层流冷５０℃。轧后进行控制冷却，８

，却的冷却方式，保证超快冷冷却速率大于３出０℃／ｓ

再采用层流进行冷却，口温度小于６卷取温度设８０℃，定为３８０℃时进行卷取。Ｘ８０管线钢轧制工艺参数如表２所示。

表２　Ｘ８０管线钢轧制工艺参数

Ｔａｂｌｅ２　ＴｈｅｒｏｌｌｉｎｒｏｃｅｓｓａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ　　　　　　　ｇｐｐｐ　

Ｆｅｘｉｔｉｓｈｉｎｉｎｇ　／℃ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｐ

８７９０５０－Ｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎ　　ｇ／℃ｅｘｉｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ　ｐ

８０≤６

Ｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎ　　ｇ

－１）／（ｒａｔｅ℃·ｓ

Ｌｅｘｉｔｉｎａｒｃｏｏｌｉｎａｍ　ｇ　／℃ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｐ

５０３８００－　

Ｌａｍｉｎａｒｃｏｏｌｉｎ　ｇ

－１）／（ｒａｔｅ℃·ｓ

Ｃｌｉｎｏｉｇ／℃ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｐ

４０３２５０－０≥３　１６０－　

２　实验结果

２．１　Ｘ８０管线钢的抗ＳＣ腐蚀性能ＳＣ

在试制的Ｘ对其抗ＳＣ８０管线钢钢卷上取样，ＳＣ腐蚀性能进行测试。采用标准ＮＡ２００ＥＴＭ０１７７５Ｃ－　

（，在５％ＮＯＯＨ的饱和Ｈ２ＳＣ法）ａＣｌ＋０．５％ＣＨ３Ｃ水溶液中分别进行不同应力加载水平的Ｃ形环恒载最低为荷加载实验，应力加载水平最高为９５％σｓ，本实验设定为６８０管线钢的屈服强度，５％σσｓ。ｓ为Ｘ

。实验开始后每隔２ＭＰａ５９０４ｈ取出试样观察裂纹情况，发现试样裂纹则记录观察时间，实验最长时间为ｈ。实验结果如表３所示。７２０

表３　Ｘ８０管线钢抗ＳＳＣＣ腐蚀性能

ｌｅ３　ＳＳＣＣｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＴａｂ　　　　　　　ｐ

Ｌｏａｄｌｅｖｅｌ　９５％σｓ８８％σｓ８０％σｓ７０％σｓ６５％σｓ

／ｈＣｒａｃｋｉｎｔｉｍｅｇ　

１　４８　９６　１２０　１６８　７２０＊

２　９６　１２０　６８１　２８８　７２０＊

３１２０　１４４　１６８　３６０　７２０＊

Ａｖｅｅｒａｇ８８１２０１５２２７２７２０＊

﹡

未发现宏观２０表示试样腐蚀７ｈ后，２０　　表３中７

裂纹，试样腐蚀开裂时间应大于７ｈ。随着加载水平２０

的降低，腐蚀开裂时间延长，在６５％σｓ的加载应力下试观察未发现宏观裂纹，当加载水平高于７０％σｓ时，样发生开裂的时间小于３并且随加载水平增加，００ｈ，时间减少到８时间缩短，在９５％８ｈ。开裂时间与σｓ时，加载水平关系曲线如图１所示，试样产生开裂的临界应力值在６试９０ＭＰａ左右。超过此临界值，５％σｓ为３样的腐蚀敏感性较高，抗腐蚀能力较差，在９５％σｓ加载水平下，应力敏感性极高。另外，观察腐蚀试样的表面，发现Ｃ环内外表面均存在灰褐色的腐蚀产物，且分布均匀。试样沿外表面最大拉应力截面开裂，裂纹呈直线、细长状，贯穿整个Ｃ环的宽度方向，无二次裂纹，在内环压应力表面未发现开裂现象。

对比谢广宇等关于Ｘ７０级管线钢硫化物应力腐

１４］

：其强度为６达到Ａ蚀开裂的研究结果［ＭＰａ（ＰＩ０５－），实验加载名义应力Ｘ８０级管线钢的标准≥５ＭＰａ５１

，在饱和Ｈ２Ｓ水溶液中实验７为３ＭＰａｈ后试样表４７２０面有少量的微蚀坑，未发现裂纹，具有良好的抗ＳＣＳＣ，性能。本次实验所得临界应力值为３对于本ＭＰａ９０次试制的Ｘ８０级管线钢在该应力下未发生开裂。因此，比较分析得出其具有优良的抗ＳＣ性能。ＳＣ

第４３卷　第２期超快冷工艺对高铌Ｘ８０管线钢抗腐蚀性能的影响

表４　Ｘ８０管线钢裂纹率检测结果

６９

ａｂｌｅ４　ＨＩＣｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＴ　　　　　　　ｐ

Ｎｂｅｒｕｍ　Ａ

Ｓｅｃｔｉｏｎ　ⅠⅡⅢⅠ

Ｂ

ⅡⅢⅠ

Ｃ

图１　开裂时间与加载应力关系

Ｆｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｏｆｃｒａｃｋｉｎｔｉｍｅｗｉｔｈｌｏａｄｓｔｒｅｓｓｉ．１　Ｔ　　　　　ｐｇｇ　　

ⅡⅢ

ＣＬＲ　０００００００００

ＣＴＲ　０００００００００

ＣＳＲ０００００００００

百分比，ＣＳＲ为裂纹敏感百分比。腐蚀后试样表面形貌如图２所示。通过观察试样表面无氢鼓泡，剖面金相观察无ＨＩＣ裂纹。

根据Ａ５％，ＣＴＲ＜３％，ＣＳＲ＜ＰＩ规定的ＣＬＲ＜１

来１．５％的酸性环境用管线钢抗阶梯开裂性能的要求，

评价新工艺试制的Ｘ８０管线钢的抗ＨＩＣ性能。由表新型超快速冷却工艺生产的Ｘ４和图２可见，８０管线钢具有很好的抗氢致开裂性能，可以满足管线钢使用要求。

２．２　Ｘ８０管线钢的抗ＨＩＣ腐蚀性能

在试制的Ｘ采用ＮＡＥ８０管线钢钢卷上取样，Ｃ

ＴＭ０２８４—２００３标准进行抗ＨＩＣ性能检测。将不受力的试样暴露于常温、常压、含饱和Ｈ２Ｓ的人工海水取出试样，中，在规定的实验时间（以后，根据试９６ｈ）样所产生的裂纹数量、长度及宽度评定其阶梯形破裂敏感性，实验数据如表４所示。

ＴＲ为裂纹厚度ＬＲ为裂纹长度百分比，Ｃ　　其中Ｃ

图２　ＸＩＣ腐蚀后试样表面形貌８０管线钢抗Ｈ

ｉ．２　ＴｈｅｓａｍｌｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｈｏｌｏａｆｔｅｒＨＩＣｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＦ　　　　　　　　　ｐｇｐｐｇｙ　

２．３　Ｘ８０管线钢的抗ＣＯ２腐蚀性能

在试制的Ｘ８０管线钢钢卷上取样。实验装置为带有旋转装置的３实验介质为４ＭＰａ高温高压釜，４．ＯＯＨ溶液，ＣａＣｌ＋０．５％ＣＨ３ＣＯ５％Ｎ２压力为。实验温度为３实验时间为９０ＭＰａ．１０℃，６ｈ。在釜中去除釜中Ｏ通入高纯度Ｎ１２ｈ，Ｌ，２２后加入腐蚀介质３升除Ｏ然后用高纯度Ｎ２ｈ，２进行二次除Ｏ２２完毕后，温到指定温度，通入Ｃ逐渐升压到实验预关闭ＮＯ２，２，设定值，并开始计时，实验结束后，打开釜盖，取出腐蚀试样，用蒸馏水冲洗试样表面，去掉试样表面残留的溶液，随后对试样表面进行扫描电镜观察及腐蚀产物分析，其余试样去除腐蚀产物，用无水酒精脱水后冷风吹干，计算其失重和腐蚀速率。Ｘ８０管线钢腐蚀失重及

腐蚀速率数据如表５所示。

表５　Ｘ８０管线钢腐蚀失重及腐蚀速率ａｂｌｅ５　ＴｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍａｓｓｌｏｓｓａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎＴ　　　　　　

ｒａｔｅｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ　　　　ｐ

ｂｅｒＮｕｍ１　２　３　

Ｂｅｆｏｒｅ／ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｇ３．０６８３２　２．８９２４０　２．８９６３０　

Ａｆｔｅｒ／ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｇ３．０５４５９　２．８８０７７　２．８８６４６　２．９４０６１　

Ｍａｓｓ／ｌｏｓｓｇ０．０１３７３　０．０１１６３　０．００９８４　０．０１１７３　

／Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅ　

－１）（ｍｍ·ａ

０．７９２６０．６９４９０．５６５４０．６８４３

ｅ９Ａｖｅｒａ５２３４　２．　ｇ

／，张雷８４３ｍｍａ６　　本次实验平均腐蚀速率为０．

１５］

关于抗Ｃ等［Ｏｒ管线钢的实验结果为：５％２腐蚀低Ｃ／。ＣＯＯＨ溶液中腐蚀速率为２Ｃｌ＋０．５％ＣＨｍｍａＮａ．２３

７０材料工程２０１５年２月

，由于本次实验中二氧化碳的分压为０．而文献ＭＰａ１。一般随着Ｃ中二氧化碳分压为１ａＭＰＯ２分压增加腐蚀速率增加３～４倍，且文献中实验温度为１０倍，

腐蚀速率所以本次实验与张雷等所得结果相比，６０℃，

相当。腐蚀表面微观形貌如图３所示，由图３可以看出试样表面腐蚀产物膜较薄，腐蚀比较轻，没有出现明

显的点蚀，但还是存在少量的微小裂纹。腐蚀表面宏观形貌如图４所示。由图４可以看出试样表面，去除腐蚀产物后试片表面比较平，没有明显的点蚀坑，说明该条件下的腐蚀形式主要是均匀腐蚀。上述对比观察表明，新型超快速冷却工艺生产的Ｘ８０管线钢具有良好的抗ＣＯ２腐蚀性能。

）（）图３　腐蚀后未除锈试样表面形貌　（下表面Ｓ上表面ＳａＥＭ腐蚀表面形貌；ＥＭ腐蚀表面形貌ｂ

ｏｒｕｓｔｒｅｍｏｖｅｄｓａｍｌｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｈｏｌｏａｆｔｅｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎＦｉ．３　Ｎ　　　　　　ｐｐｇｙｇ　

（）；（）ａＳＥＭｃｏｒｒｏｓｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｈｏｌｏｕｎｄｅｒｓｕｒｆａｃｅｂＳＥＭｃｏｒｒｏｓｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｈｏｌｏｕｅｒｓｕｒｆａｃｅ　　　　　　　　ｐｇｙｐｇｙｐｐ　　

３　讨论

３．１　显微组织

本次实验用Ｘ８０管线钢采用控制轧制和新型超快速冷却工艺，此工艺在奥氏体区间，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累，得到硬化的奥氏体，轧后立即进行超快速冷却，使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态，将硬化奥氏体“冻结”到动态

图４　腐蚀前后宏观形貌

（）（）（）腐蚀前；腐蚀后；去除腐蚀产物后ａｂｃｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｃｒｏｍｏｒｈｏｌｏＦｉ．４　Ｍ　　　　ｐｇｙｇ　

（）；（）；ａｂｅｆｏｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂａｆｔｅｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　　（）ｃａｆｔｅｒｒｅｍｏｖａｌｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｏｄｕｃｔｓ　　　　ｐ

相变点，以进一步细化铁素体晶粒。图５为Ｘ８０管线钢的显微组织图片，由图５可以看出，显微组织以均匀细小））的针状铁素体（为主，以及少量的粒状贝氏体（和ＡＦＧＢ

／残留奥氏体（／马氏体组织。ＸＭＡ）８０管线钢组织的定，量分析见表６其晶粒度为１带状组织为０级。４级，

）（）图５　Ｘ光学显微组织；扫描电镜组织８０管线钢的显微组织　（ａｂ

）（）ｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌａｏｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｒａｈ；ｂｓｃａｎｎｉｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｒａｈＦｉ．５　Ｔ　　　　　（　　ｐｐｇｐｇｇｐｇ　

第４３卷　第２期超快冷工艺对高铌Ｘ８０管线钢抗腐蚀性能的影响

表６　Ｘ８０管线钢组织的定量分析

Ｔａｂｌｅ６　ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ　　　　　　　ｑｙｐ

７１

／Ｌｍｈ×ｗｉｄｔｈｏｆａｃｉｃｕｌａｒｆｅｒｒｉｔｅｍ×μｅｎｔ　　　　ｇμＭａｘ　１６×５　

ｉｎＭ　２×１　

Ａｖｅｒａｅ　ｇ４×２　

Ｍａｓｓｉｖｅｆｅｒｒｉｔｅ　　

０　

／％Ｐｒｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｏｏ　　ｐＧｒａｎｕｌａｒｂａｉｎｉｔｅ　　

９６　－Ａｃｉｃｕｌａｒｆｅｒｒｉｔｅ　　

９９０３－　

／ＭＡｉｓｌａｎｄ　

４０．

在透射电子显８０管线钢制备成金属薄膜样，　　将Ｘ

微镜下观察，其ＴＥＭ组织照片如图６所示。从图６（）可以看出铁素体基体中有许多尺寸小于３ｍ析０ｎａ

）。组出物，这些析出物周围有大量位错网络见图６（ｂ织均匀性尤其带状组织是影响管线钢抗腐蚀性能的重

要因素，从本研究结果可以看出，利用超快速冷却工艺得到了以针状铁素体为主的组生产的Ｘ８０管线钢，织，而且组织非常细小和均匀，无带状组织存在。因此，利用新型超快冷工艺生产的管线钢具有优良的抗腐蚀性能。

）（）图６　Ｘ析出物；位错８０的ＴＥＭ组织照片　（ａｂ

）；（）ａＥＭ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｒｅｃｉｉｔａｔｅｂｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎＦｉ．６　Ｔ　　　　　（ｐｐｐｇ

３．２　耐腐蚀性

管线内部的Ｈ２Ｓ，ＣＯ２是输气管线主要腐蚀介质之一。其主要腐蚀形式有硫化物应力腐蚀开裂（简称、氢致裂纹（和ＣＣ）ＯＳＳＣＨＩＣ）２酸性腐蚀。其硫化物应力腐蚀开裂是指受拉伸应力作用的金属材料在硫化物介质中，由于介质与应力的作用而发生的脆性断裂现象，氢致裂纹是指金属材料处在含Ｈ２Ｓ的介质环境中，由于电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部．产生阶梯形裂纹，这些裂纹的形成与扩展最终使材料发生开裂。ＣＯＯ２腐蚀是指金属材料处在含Ｃ２的介质环境中，在一定的温度、压力下，ＣＯ２溶于水时与水发生化学反应，生成碳酸，与金属产生电化学腐蚀。采用超快速冷却工艺生产的管线钢由于材料的组织细小均匀，无带状组织，氢渗入后引起的氢压可由更多的晶粒来承受，所以裂纹不易产生，或ＣＯ２溶解产生的降低腐蚀电流，降低腐蚀Ｈ＋有更多的晶粒可以吸收，

倾向。即使有微裂纹源或腐蚀源，微裂纹或腐蚀在扩展过程中将会受到较多晶界的阻碍而难以扩展下去。针状铁素体晶粒之间形成相互连锁的组织结构，裂纹或腐蚀在扩展过程中必然受彼此咬合并相互交错分布的细小针状铁素体板条的阻碍，使得裂纹或腐蚀不易扩展。Ｘ在转变成针８０经过控制轧制及超快速冷却，

状铁素体的奥氏体晶粒内有大量形变位错产生，而且位错网络上有大量分散的纳米级析出颗粒，这些细小分散的析出颗粒对位错起到钉扎作用，再加上位错互相缠结，可动性大大降低。这样位错和沉淀析出的碳氮化物成为强烈的氢陷阱，固定了氢原子，阻碍了氢在金属中的运动和聚集．防止了氢脆及ＣＯ２腐蚀的发生，明显增加了裂纹扩展的阻力，降低了氢致开裂的敏

［１４，１６］

。感性、硫化物应力腐蚀开裂及ＣＯ２腐蚀速率

４　结论

（）抗Ｓ产生开裂的临界应力１ＳＣＣ腐蚀实验表明，）左右。超过此临界值，值在６试样的腐３９０ＭＰａ５％σｓ（蚀敏感性较高，抗腐蚀能力较差，在９５％σｓ加载水平下，应力敏感性极高。在饱和Ｈ２Ｓ水溶液中实验７ｈ２０后试样表面有少量的微蚀坑，未发现裂纹，具有优良的抗ＳＣ性能。ＳＣ

（）抗Ｈ在实验条件下，裂纹敏２ＩＣ腐蚀实验表明，

感率、裂纹长度率和裂纹厚度率均为零，说明此Ｘ８０管线钢具有优良的抗氢致开裂性能。

（在Ｃ３）抗ＣＯＯ２腐蚀实验表明，２压力为／，平均腐蚀速率为０．具有０ＭＰａ条件下，８４３ｍｍａ．１６

７２

优良的抗ＣＯ２腐蚀性能。

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，ｎＬＩＹａｎＲｅｃｅｎｔｒｏｒｅｓｓｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃＲＷＡＮＧＸｉａｏｘｉａｆｅｎ．　　　　　　－－ｇｐｇｇ，＆ＤｏｆＨｉｓｅｎｔｈｓｔｅｅｌｌｉｎｅｉｅｔｅｃｈｎｏｌｏＪ］．ＳｔｅｅｌＰｉｅｔｒ　　－　　　　ｇｐｐｇｙ［ｐ（）：２０１１，４０１１２－１８．

［］吉玲康．西气东输二线高强韧性焊管及保障管道安全运４　李鹤林，

］）：行的关键技术［世界钢铁，Ｊ．２９，（１５４．６－６００

，ｌｉｎＪｋａｎ．ＨＬＩＨｅＩＬｉｎｉｈｓｔｒｅｎｔｈａｎｄｄｕｃｔｉｌｉｔｗｅｌｄｅｄｉｅ－－　　　　　　ｇｇｇｇｙｐｐ　ａｎｄｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓａｓｓｕｒｉｎｓｅｒｖｉｃｅｓｅｃｕｒｉｔｆｏｒｔｈｅ２ｎｄｗｅｓｔ　　　　　　－ｙｇｇｙ　　　［］，：ｅｔａｓｉｅｌｉｎｅｒｏｅｃｔＪ．ＷｏｒｌｄＩｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ２００９，（１）５６ａｓ　　　　　ｇｐｐｐｊ４．－６

［］］以超快速冷却为核心的新一代ＴＭＣ上海金５Ｐ技术［Ｊ．　王国栋．

（）：属，２８，３０２１－５．００

ｄｏｎ．ｔｅｃｈＷＡＮＧＧｕｏＴｈｅｎｅｗｅｎｅｒａｔｉｏｎＴＭＣＰｗｉｔｈｔｈｅｋｅ－－　　　　　　　ｇｇｙ　［］，（）：Ｊ．ＳｈａｎｈａｉＭｅｔａｌｓ２００８，３０２１ｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎｏｎｏｌ　　　　ｇｇｇｙ　－５．

［］控制轧制控制冷却—改善钢材材质的轧制技术发展６　小指军夫．

［北京：冶金工业出版社，２．Ｍ］．２００

ＸＩＡＯＺｈｉｆｉｕｎｏｎｔｒｏｌＲｏｌｌｉｎＣｏｎｔｒｏｌＣｏｏｌｉｎｖｉｎｕ．Ｃｍｒｏ　－－－　　ｊｇｇｇｐ　［ＴｅｃｈｎｏｌｏＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｔｈｅＭａｔｅｒｉａｌＭ］．ＢｅｉＳｔｅｅｌＲｏｌｌｉｎ－　　　　ｐｇｇｙ　　：Ｍ，ｎｅＰｒｅｓｓ２００２．ｔａｌｌｕｒｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉ　ｇｇｙｊ　

［］北京：超细晶钢－钢的组织细化理论与控制技术［冶金７Ｍ］．　翁宇庆．

工业出版社，３．２００

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［］８ＥＥＵＷＥＮ　Ｙ　Ｖ，ＯＮＩＮＫ　Ｍ，ＳＩＥＴＳＭＡＪ．ＴｈｅＧａｍｍａａｌｈａ　Ｌ　　－ｐ

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［］９ＯＵＸＣ，ＨＥＲＭＡＮＪＣ，ＳＩＭＯＮＰ，ｅｔａ１．Ｍｅｔａｌｌｕｒｉｃａｌ　ＨＯＵＹ　　　　　ｇ

］ａｓｅｃｔｓｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｃｏｏｌｉｎｏｎａｈｏｔｓｔｒｉｍｉｌｌ［Ｊ．ＲｅｖｕｅｄｅＭｅｔ　　　　　　　　　－ｐｇｐ　　

）国家自然科学基金重点资助项目（基金项目：５０７３４００４；收稿日期：修订日期：２０２１７１１０３４４０１２０１－－－－通讯作者：男，教授，博士生导师，吴开明（主要从事钢铁材料６－），１９６相变、组织控制与焊接性方面的研究，联系地址：武汉市青山区和平大，：ｗ道９４３０ａｉ０８１）Ｅ－ｍｌｕｋａｉｍｉｎｕｓｔ．４７号武汉科技大学８＃信箱（ｇ＠ｗｅｄｕ．ｃｎ

●］ｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ［Ｊ．ＮａｔｕｒａｌＳｔｕｄｏｎＣＯ　　　　　ｐｐｙ２ｃ　，（）：ＧａｓａｎｄＯｉｌ２０１１，２９１５８－６１．　　

［］刘跃庭，王立东，等．１１０级管线钢组织及耐Ｃｒ含量对Ｘ１２　武会宾，

）：］酸性腐蚀性能的影响［材料工程，３，（９３７．２－３Ｊ．２０１，，，ＨｕｉｂｔｄＩＵ　ＹｕｅＬｉｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎＬｉｎＷＡＮＧｏｎｅ　ＷＵ　－－－　　　ｇｇＣｒｃｏｎｔｅｎｔｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄａｃｉｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆ　　　　　　　　ｐｐ［］，Ｘ１２０ｇｒａｄｅｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　　　ｐｐｇｇ）：２０１３，（９３７．２－３

［］俞宏英，王莹，等．应变速率对Ｘ１２８０管线钢应力腐蚀的影　程远，

）：响，材料工程，３，（６７２．７－８２０１

ＮＧ　Ｙｕａｎ，ＹＵ　ＨｏｎｉｎＷＡＮＧＹｉｎｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ　ＣＨＥ－　　　ｇｙｇ，ｇ，［］ｓｔｒａｉｎｒａｔｅｏｎｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｏｆＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌＪ．　　　　　　　ｇｐ　，）：２．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２０１３，（６７７－８　　　ｇｇ

［］黄国建，黄明浩，等．１３０管线钢成分工艺与组织性能研Ｘ８　孔祥磊，

（）：］究［材料热处理技术，１，４０２４２０－２３．Ｊ．２０１

，ＨＵＡＮＧ，ＧｕｏＭｉｎｔａｌ．Ｘｉａｎｌｅｉｈａｏｅｉａｎ，ＨＵＡＮＧ　　　　ＫＯＮＧ　－－－ｇｇｊＥｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｏｃｅｓｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｒｏｅｒｔ　　　　　　　　ｐｐｐｐｙ］，ｏｆＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ［Ｊ．ＨｏｔＷｏｒｋｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏ２０１１，４０　　　ｐｇｇｙ　（）：２４２０－２３．

［］唐获，张雁，等．１４０级管线钢硫化物应力腐蚀开裂行为Ｘ７　谢广宇，

（）：］研究［中国腐蚀与防护学报，８，２８２８６－８９．Ｊ．２００

，ＩＥＧｕａｎＤｉＺＨＡＮＧＹａｎ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｏｕ，ＴＡＮＧ　Ｘ　　　　　　－－ｇｐｙｓｏｆＸ７０ｐｉｅｌｉｎｅｉｏｎａｎｄｒｏｃｅｓｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｒｏｅｒｔｉｔ　　　　　　　ｐｐｐｐｙ　］ｆｏｒＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｓｔｅｅｌ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔ－　　　　　　ｙ　，（）：ｎ２００８，２８２８６－８９．ｔｉｏ

［］胡丽华，孙建波，等．抗Ｃ１５Ｏｒ管线钢组织和性能　张雷，２腐蚀低Ｃ

）：］研究［材料工程，９，（５６－１０．Ｊ．２００

，，，ＨＡＮＧＬｅｉＨＵＬｉＵＮＪｉａｎｌ．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｕａＳｂｏｅｔａ　Ｚ　　　　　－－］ｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆＣＯｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔｌｏｗＣｒｉｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｓ［Ｊ．ｏｒ　　　　　　　ｐｐｐｐ２ｃ，）：２００９，（５６－１０．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　ｇｇ

［］蔡庆伍，武会宾，等．１６０级管线钢抗氢致开裂性能研究Ｘ８　崔海伟，

［］（）：材料热处理技术，Ｊ．２９，３８２０４６－４９．００

，，ＷＵ　，ｅｉＣｕＨｂｉｎｅＡＩＱｉｎｕｉｔａｌ．ＩｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎＵＩＨａｉ－ｗ－ｗ－　　　Ｃ　ｇｇｏｎａｎｔｉｎｉｎｄｕｃｅｄｃｒａｃｋｉｎｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆＸ８０ｐｉｅｌｉｎｅｈｄｒｏｅ　　　　　－ｇｐｐｐｙｇ　］，（）：２００９，３８２０Ｔｅｃｈｎｏｌｏｓｔｅｅｌ［Ｊ．ＨｏｔＷｏｒｋｉｎ４６－４９．　ｇｙｇ