夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响

夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响

摘要：利用氢致开裂和电化学极化腐蚀充氢法、金相分析试验，对不同化学成

分的管线钢氢致开裂性能受带状组织和夹杂物的影响进行研究，并对影响因素进

行分析，经过试验发现，导致氢致裂纹发生重要原因为非金属夹杂物。本文就此

进行夹杂物和带状组织所造成的影响进行分析和探讨。

关键词：夹杂物；带头组织；腐蚀性能

引言：

输送油气中越来越高的H2S，容易对管部造成应力腐蚀和局部、全部腐蚀等，使管线失效，导致严重的经济损失，另外随着输油量需求的不断增加，新管线建

设加大了管径，提高了输出量，同时也使输出压力增大，造成腐蚀开裂的情况更

加严重，所以对钢管线抗腐蚀性、焊接性、管线强度等都提出了更高的要求。本

文通过对夹杂物和带状组织对三种管线用钢所造成的腐蚀性能影响的相关试验，

为管线强度研究提供参考。

一、试验方法和材料

采用三种超低碳合金和低碳合金管线用钢作为试验材料，I为耐腐蚀管线钢

X52，II为对比钢种，III为耐腐蚀管线钢X65，化学成分对比如表一所示。

表一试验钢材料的化学成分对比（质量分数%）

二、试验方法

按照相关标准，对三种材料的非金属夹杂物和组织利用金相显微镜进行观察和分析。针对三种材料，利用静态化学阴极充氢试验法，加入催化剂的充氢

试验液对材料进行极化腐蚀，在极化时间12小时后，对材料进行清洗，再通过

打磨、切割、抛光等处理，通过能谱仪和扫描电镜对氢致裂纹的腐蚀情况进行研

究和分析[1]。

截取腐蚀试验钢进行抗HIC试验，通过对腐蚀试验后的试验钢进行清洗等处理，通过对指定观测面的显微镜观察和利用原位统计分析仪等设备对裂纹情

况进行观察，并分析其附近元素分布情况。

三、试验结果分析

（一）显微组织夹杂物级别

通过对三种试验钢金相显微组织的观察发现，I、II试验钢呈现为珠光体和铁素体相结合的组织；III试验钢为粒状贝氏体和铁素体相结合的组织，通过其

能谱和夹杂物形貌进行分析，并对其进行评定发现，I和III的试验钢中的夹杂物

含量远低于II号试验钢中的含量，同时其级别也较低。

（二）氢致裂纹腐蚀受夹杂物的影响

非金属夹杂物的数量和形态、组织以及钢的成分等因素都对管线钢材料造成影响，其中影响基大的因素为夹杂物，在三种试验钢通过电流和极化时间的

腐蚀试验后，三种试验钢都呈现出氢致裂纹形貌，经过分析可以看出，II试验钢

在相同的冲氢时间内，其氢致裂纹数量远高于I和III试验钢，同时裂纹尺寸也远

大于I和III耐氢腐蚀管线钢种；通过阴极冲氢试验可以得出，II试验钢的氢致裂

纹敏感性远低于I和III试验钢种[2]。

利用扫描电镜对II和III试验钢种因夹杂物而产生的氢致裂纹进行观察和分

析，其结果表明：在II试验钢种中所含的氧化钙、氧化硅、渗碳体、硅夹杂物、铝氧化物等均是导致裂纹产生的源头，硫化锰未在裂纹附近被观测到；III试

验钢种中也未检测到硫化锰，其裂纹产生的源头主要为钙、铝、镁、硅、铝氧化物等复合夹杂物，其中危害最大的是氧化铝类型的夹杂物，能够使裂纹扩大并形成更大的裂纹，严重影响钢材的耐硫化氢腐蚀性能[3]。

通过试验结果可以得出，夹杂物与断面氢致裂纹有着直接关系，其是裂纹产生的关键原因，其对管线钢的抗氢致开裂敏感性造成严重影响，需要加强对耐腐蚀管线钢对夹杂物尺寸、种类以及含量的控制，使管线钢的抗氢致开裂敏感性提高[4]。

（三）氢致裂纹腐蚀受带状组织的影响

由于钢材成分偏析严重，条带上合金成分含量较高，容易导致管线钢带状组织产生，使管线钢的氢致开裂性能受到严重影响[5]。通过试验对三种试验钢的氢致裂纹及其附近带状组织进行观察和分析可以发现，Ni、S、Mn、Si、C、Ca 等为带状组织中的主要偏析元素，其中导致氢致裂纹的主要元素为Mn 、C、Si等元素，由于其在中心偏析，形成硬度较高的带状组织，使其对氢致开裂的敏感性提高；因拉长了内部柱状晶和表面等轴晶区，各区域元素浓度存在差异，造成相变温度也有所不同，相应区域在冷却后其组织也表现出差异性，珠光体含量会有所增加，提高硬度，钢体中缺陷处在轧制过程中加大位错密度，使氢扩散提供良好的扩散通道，所以有效避免或减少出现带状组织，对管线钢生产中的化学成分进行合理、科学设计，使轧制和冶炼工艺不断优化，使管线钢的抗氢致开裂性能得到有效提高。

结束语：通过电化学充氢腐蚀试验，对不同钢材中所含化学成分在夹杂物影响下，对管线钢的耐腐蚀性能地行分析和研究，发现Ca氧化物和Si夹杂物在普通管线钢中具有深度较深，长度较短的特点，氧化铝和复合夹杂物主要位于耐腐蚀钢的直线型裂纹位置，氢致裂纹产生和扩展的聚集区域为非金属夹杂物和带状组织，复合型氧化物中的元素组织形成的带状组织容易导致氢致裂纹的产生，并扩散后形成阶梯状裂纹。

参考文献：

[1]张鹏[1, 2], 赵国仙[1], et al. 夹杂物和带状组织对管线钢腐蚀性能的影响[J]. 热加工工艺, 2014(18):34-38.

[2]彭海红[1]. 管线钢抗氢致裂纹（HIC）性能影响因素浅析[J]. 宽厚板, 2012, 18(2):28-31.

[3]张帅[1], 任毅[1], 王爽[1], et al. 管线钢抗氢致开裂腐蚀性能[J]. 腐蚀与防护, 2012, 33(12):1098-1101.

[4]刘建华, 刘洪波. 钢中夹杂物控制技术进步与发展[J]. 河南冶金, 2015,

23(3):1-9.

[5]马志刚, 黄宗泽, 胡汉涛, et al. 管线钢夹杂物控制技术的改进[J]. 宝钢技术, 2014(5):14-17.