复合实验方法研究温度对管线钢氢脆的影响

邢 潇， 李凤英， 刘建国， 崔 淦， 李自力， 罗小明

（中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东省油气储运安全重点实验室，山东青岛 266580）

0 引 言

随着能源工业的发展，高强度的X系列钢材成为能源运输中应用最广泛的材料。在长输油气管道建设中，随着钢材强度的增加，管道壁厚可以相应减小，因此，管道建设成本可以大幅度降低。然而，高强管线钢，如X80、X90钢材随着强度的提升，氢脆敏感性会显著增强，导致管道止裂性能大幅度降低［1-2］。据加拿大能源公报显示，38%的管道失效是由氢脆导致的断裂引起的。温度是对氢脆影响最严重的外部条件，研究温度对管道氢脆断裂失效的影响，对于预测和防止事故的发生具有重要的意义［3］。

氢脆的研究存在多个尺度的研究方法。Xing等［4-5］通过传统的电化学实验方法发现随着提高近中性pH溶液的温度，钢材的基体氢浓度会显著提升。Beck等［6］通过拉伸实验，并辅助以扫描电镜（SEM）检验氢扩散率与温度的关系，得到氢扩散率与（－1／T）存在指数关系。Jiang等［7］通过有限元模拟的方法，确定了氢原子在钢材中的跃迁路径为四面体间隙，并确定氢原子扩散系数Do为0.15 mm2／s。Hou等［8-9］通过分子动力学模拟确立了氢原子运动速率与裂纹扩展速率的关系，并量化了两者的正相关性。Dadfarnia等［10］的模拟研究显示，位错会囚禁氢原子，直到饱和后，多余的氢原子才能继续向裂纹尖端扩散。因此，只有在裂纹前端未被囚禁的氢原子，即自由氢原子可以对裂纹的生长做出贡献。……