剥离涂层下管线钢应力腐蚀开裂机理研究

独创性声明ｌＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＵｌｌＵＩＩｒＩＹ２４４７８７７本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）日期：）一．ｆ）年彦月７日日期：加，多厂＾、年舌月／日｜．一７Ｊ＼垒拍立咖奄万盟雌名名签师签导第１章绪论第１章绪论１．１研究意义及背景目前，管道输送是石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式之一，被称为国家的生命线，广泛用于城市发展、能源供应、石油化工的基础设施和人民生活的基础条件等领域。

有机涂层和阴极保护联合保护的方法，已成为防止埋地钢质管道上发生腐蚀破坏，确保长输管道的使用寿命和安全运行的主要手段，而涂层作为保护埋地管道免遭外界腐蚀的第一道防线，为埋地钢质管道提供了９９％的保护需求…。

与此同时，管道安全事故却时有发生，带来严重的灾害。

其之一，它是以熔结环氧粉末（ＦＢＥ）为底层、中间胶粘剂（ＡＤ）和挤出聚乙烯外护层同步缠绕或挤出而成，其中，聚乙烯表层又有几种类型，最常用的有高密度的（ＨＤＰＥ）、中密度的聚乙烯（ＭＤＰＥ）、低密度的聚乙烯（ＬＤＰＥ）或改性聚乙烯（Ｍ．ＰＥ）［３１。

三层ＰＥ（以下称“３ＬＰＥ”）防腐层克服了单一环氧涂层和聚乙烯防腐层的不足，具有良好的附着性能、抗化学腐蚀性能和抗阴极剥离性能、强粘结性能和抗冲击性能，可以称之为非常理想有效的埋地管道的外覆盖层【４Ｊ。

探讨天然气输送管线钢应力腐蚀开裂原因【摘要】大口径高强度管材存在长距离运输过程中存在着诸多问题。

本文综述天然气输送管线土壤环境中的应力腐蚀开裂的形式、发生的介质条件及电位区间，并分析了两种典型应力腐蚀开裂形式的机理。

【关键词】管线钢；应力腐蚀开裂；高ph；近中性ph；形成机理；影响因素；预防措施1.应力腐蚀开裂的影响因素1.1应力应力的主要作用是使金属发生应变，产生滑移，促进scc裂纹形成、扩展和断裂。

对于管线钢，应力可以来源于管道工作压力，也可以是腐蚀产物膜产生的体积应力或材料制造过程中的残余应力。

管道承受的应力按方向分为轴向应力和径向应力，scc裂纹在径向应力的作用下沿轴向萌生和扩展，而在轴向应力的作用下沿径向扩展。

发生应力腐蚀的应力存在一个临界值，不仅应力的大小，而且应力的波动也是影响scc的力学因素。

管道应力波动主要来源于管道工作压力的循环波动。

由于管道运输向着大口径、高输送压力方向发展，因而工作压力的影响不可忽视，而工作压力可产生径向应力进而导致轴向scc的产生。

1.2腐蚀环境金属管道只有在特定的腐蚀介质中才会产生应力腐蚀开裂，对油、气输送管道，内部腐蚀介质的影响因素主要为h2s，外部腐蚀介质的影响因素主要为土壤和地下水中的no3-、oh-、co2-3、hco3-和 cl-等。

另外，阴极保护电位和环境ph值对管线钢的scc也有重要影响。

1.3管道材料金属材料的敏感性与钢材种类、钢材的等级、制造工艺、表面状态有关。

管道发生应力腐蚀开裂是腐蚀和应力两种因素通过相互协同作用而促进发生的，这两种因素的联合作用所引起的破坏远远大于单一因素分别作用后再叠加起来的结果。

产生scc的应力不一定很大，远低于管线钢的屈服极限，若没有腐蚀介质存在，管道可以长期服役而不会发生任何腐蚀破坏；反之亦然，产生scc的特定介质的腐蚀性往往也是轻微的，如果没有应力存在，材料在这种介质中可能是足够耐腐蚀的。

因此，应力腐蚀开裂是最严重的局部腐蚀破坏形式之一。

论文题目：剥离涂层下管线钢应力腐蚀开裂机理研究专 业：材料加工工程硕 士 生：方帅 （签名）导 师：张骁勇（签名）闫凤霞（签名）摘 要本文采用电化学试验、慢应变速率拉伸试验、腐蚀疲劳试验等试验方法，以高强度的X90管线钢为为研究对象，对剥离涂层下X90管线钢在近中性pH 值溶液中（乌鲁木齐地区土壤模拟溶液）的应力腐蚀开裂机理进行分析和研究。

文章通过试验对剥离涂层下X90管线钢在近中性pH 值溶液中的电化学行为、试样在溶液中的应力腐蚀开裂（SCC ）的敏感性以及试样在试验条件下的裂纹扩展行为进行了分析，讨论了试验条件下应力腐蚀开裂机理，同时也对分析了裂纹的扩展速率，结论如下：剥离涂层下X90管线钢在近中性pH 值溶液中的电化学试验结果表明：在不同位置处的自腐蚀电位分别为-718.6mV 、-733.8mV 、-722.4mV 、-686.3mV 、-763.7mV ，测得的极化曲线都具有典型的活性溶解的特征，没有发现活化-钝化的现象；试样在剥离区腐蚀电流密度Icorr 随试样与破损口距离的增加先减小后又增大。

漏点处即d=5cm 处和距离漏点位置最远处即d=20cm 处腐蚀速率较快，在中部位置d=10cm 和d=15cm 处腐蚀速率较慢。

慢应变速率拉伸试验结果表明：不同滞留液中有一定的应力腐蚀敏感性，且在近漏点处和剥离区底部应力腐蚀敏感性较大，剥离区中部的应力腐蚀敏感性较小。

剥离涂层下X90管线钢在近中性pH 值滞留液环境中的拉伸断裂属于穿晶型应力腐蚀开裂；不同的外加电位条件下有明显的应力腐蚀敏感性，随着外加电位的负移，X90管线钢的SCC 敏感性系数表现出先减小再增大的趋势，具有明显氢脆机制的SCC 特征，在电位为Eocp 条件下，SCC 机制为阳极溶解机制；电位为-850mV 时，SCC 机制为阳极溶解＋氢脆机制的两种机制共同作用的混合机制；当电位低于-850mV ，SCC 机制为氢脆机制。

而腐蚀疲劳试验结果表明：剥离涂层下X90管线钢应力腐蚀疲劳裂纹扩展在近中性pH 值溶液环境（乌鲁木齐地区土壤模拟溶液）中具有较高的断裂敏感性，X90管线钢在近中性pH 值溶液环境中近门槛区的应力腐蚀裂纹扩展速率可用dN da =4.41×10-9(K Δ-6.48)1.46来近似描述，而在裂纹稳定扩展区则可用dN da =5.81×10-10(K Δ-8.63)2来表示；在空气中或者在乌鲁木齐地区土壤模拟溶液环境中试样的断口都表现出脆性断裂特征，而且断面都存在着二次裂纹，裂纹以穿晶开裂为主，同时也存在着少量的沿晶开裂，裂纹开裂机制总体表现为混合开裂形式。

探讨天然气输送管线钢应力腐蚀开裂原因【摘要】大口径高强度管材存在长距离运输过程中存在着诸多问题。

本文综述天然气输送管线土壤环境中的应力腐蚀开裂的形式、发生的介质条件及电位区间，并分析了两种典型应力腐蚀开裂形式的机理。

【关键词】管线钢；应力腐蚀开裂；高pH；近中性Ph；形成机理；影响因素；预防措施1.应力腐蚀开裂的影响因素1.1应力应力的主要作用是使金属发生应变，产生滑移，促进SCC裂纹形成、扩展和断裂。

对于管线钢，应力可以来源于管道工作压力，也可以是腐蚀产物膜产生的体积应力或材料制造过程中的残余应力。

管道承受的应力按方向分为轴向应力和径向应力，SCC裂纹在径向应力的作用下沿轴向萌生和扩展，而在轴向应力的作用下沿径向扩展。

发生应力腐蚀的应力存在一个临界值，不仅应力的大小，而且应力的波动也是影响SCC的力学因素。

管道应力波动主要来源于管道工作压力的循环波动。

由于管道运输向着大口径、高输送压力方向发展，因而工作压力的影响不可忽视，而工作压力可产生径向应力进而导致轴向SCC的产生。

1.2腐蚀环境金属管道只有在特定的腐蚀介质中才会产生应力腐蚀开裂，对油、气输送管道，内部腐蚀介质的影响因素主要为H2S，外部腐蚀介质的影响因素主要为土壤和地下水中的NO3-、OH-、CO2-3、HCO3-和Cl-等。

另外，阴极保护电位和环境pH值对管线钢的SCC也有重要影响。

1.3管道材料金属材料的敏感性与钢材种类、钢材的等级、制造工艺、表面状态有关。

管道发生应力腐蚀开裂是腐蚀和应力两种因素通过相互协同作用而促进发生的，这两种因素的联合作用所引起的破坏远远大于单一因素分别作用后再叠加起来的结果。

产生SCC的应力不一定很大，远低于管线钢的屈服极限，若没有腐蚀介质存在，管道可以长期服役而不会发生任何腐蚀破坏；反之亦然，产生SCC的特定介质的腐蚀性往往也是轻微的，如果没有应力存在，材料在这种介质中可能是足够耐腐蚀的。

因此，应力腐蚀开裂是最严重的局部腐蚀破坏形式之一。

目录1.引言 (1)1.1 X80管线钢发展背景 (1)1.2 X80管线钢的研究现状 (2)1.2.1 X80管线钢的发展历史 (2)1.2.2 X80管线钢的成分、组织性能 (4)1.2.3 X80管线钢的焊接技术 (5)1.2.4 X80管线钢焊接热影响区组织 (6)2. X80管线钢的应力腐蚀断裂 (7)2.1 管线钢应力腐蚀破裂的特点 (7)2.2 管线钢应力腐蚀破裂的机理 (9)2.2.1 硫化氢应力腐蚀开裂机理 (9)2.2.2 IGSCC 破裂机理 (12)2.2.3 TGSCC 破裂机理 (13)3. X80 管线钢焊接接头的低温断裂 (14)3.1 管线钢的低温脆断韧性 (14)3.2 低温脆断韧性研究 (14)4.西气东输二线X80管线钢焊接失效性分析 (15)4.1 X80管线钢在西气东输二线中的应用 (15)4.2 X80管线钢焊接失效的原因分析 (15)4.2.1 宏观观察 (15)4.2.2 微观组织观察 (16)4.2.3 能谱分析 (16)4.2.4 扫描电镜分析 (17)4.2.5 金相显微组织观察 (18)4.2.6 综合分析 (19)5.总结 (19)1.引言1.1 X80管线钢发展背景随着全球能源结构的优化调整，石油天然气的需求增加，极大地促进了管线工程的发展，同时也推动了X80 管线钢的开发步伐，2002 年8 月，国家经贸委、中国石油天然气集团公司、中国钢铁协会等单位组织召开了“十五”国家重大技术装备研制和国产化会议，与会专家一致通过“大口径输气管线用X80 板材国产化及评价”课题的可行性论证，并报国家经贸委批准，正式列入“十五”国家重大技术装备研制和国产化项目。

2005 年 3 月26 日，宝钢应用高强度高韧性X80管线钢制成的管径为1016mm，壁厚为15.3mm 的螺旋缝埋弧焊钢管，在河北景县成功对接，首条X80 输气管线应用工程正式开工建设，标志着我国长输管线向高强度、高压力、大口径方向发展。

X80管线钢在近中性pH溶液中应力腐蚀开裂行为的研究的开题报告题目：X80管线钢在近中性pH溶液中应力腐蚀开裂行为的研究1. 研究背景和意义：X80管线钢是目前应用最广泛的管线钢之一，在输送天然气和石油等液体的管道系统中扮演着关键的角色。

然而，环境因素（如土壤、水、氧化物等）会对管道材料造成应力腐蚀开裂（SCC）的影响，从而导致管道泄漏和破裂事故的发生，给人们的生命财产造成巨大威胁。

因此，研究X80管线钢在不同环境因素下的SCC行为及其机制，对管道安全性的提高和事故的预防具有重要意义。

2. 研究目的：本研究旨在探究X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为及其机理，为管道安全性的评估提供理论依据。

3. 研究内容：（1）X80管线钢的化学成分、组织结构和力学性能测试与分析；（2）环境因素对X80管线钢近中性pH溶液中SCC行为的影响研究，包括应力水平、溶液温度、pH值、氯离子浓度等因素的影响；（3）研究X80管线钢在近中性pH溶液中SCC的机理，包括裂纹萌生和裂纹扩展的机制及其与环境因素的关系等方面；（4）制备X80管线钢的SCC试样，开展应力腐蚀开裂试验；（5）应用金相显微镜、扫描电镜等手段对试验样品进行显微结构和断口分析，揭示SCC的机理。

4. 研究方法：本研究将采用试验方法和理论分析相结合的研究思路。

具体包括材料的化学成分分析、组织结构和力学性能测试、近中性pH溶液中SCC试验等试验方法；应用金相显微镜、扫描电镜等手段进行材料显微结构和断口分析，揭示SCC的机理。

5. 研究意义及预期成果：本研究将探究X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为及其机理，可为管道安全性的评估提供理论依据。

预期成果包括：（1）掌握X80管线钢在近中性pH溶液中的SCC机理及其影响因素；（2）为管道材料和结构设计提供相关参数和规范建议；（3）提高管道输送液体的安全性和可靠性，降低事故发生的概率，保障人民生命财产安全。

腐蚀机理对金属材料断裂韧性的影响研究金属材料断裂韧性是衡量金属材料抵抗断裂的能力，同时也是判断金属材料使用寿命和安全性的重要指标之一。

腐蚀是金属材料在大气、水、酸、盐等介质中受到的化学侵蚀，会对金属材料的力学性能和断裂韧性产生重要影响。

本文将讨论腐蚀对金属材料断裂韧性的影响机制及其实验研究。

腐蚀过程中，金属材料的表面会发生氧化、脱耗、溶解等现象，使材料表面产生微环境差异，进而引起应力集中和局部脆化。

首先，腐蚀过程中析出的金属腐蚀产物会导致金属表面的粗糙度增加，从而对金属材料的疲劳寿命产生影响。

其次，腐蚀介质中的溶解物质会与金属表面反应形成氧化物、氢氧化物等产物，附着在金属表面，形成电化学腐蚀电化池，进一步加速金属材料的腐蚀速率。

最后，腐蚀过程中还会引起局部缺陷的产生和扩展，例如腐蚀孔洞、腐蚀裂纹等，从而降低了金属材料的宏观力学性能和断裂韧性。

腐蚀对金属材料断裂韧性的影响可以通过实验研究得到定量的评价。

常用的实验方法包括腐蚀试验、电化学腐蚀试验和断裂韧性试验等。

腐蚀试验可以模拟实际使用条件下金属材料的腐蚀环境，通过浸泡、喷涂等方式对金属材料进行腐蚀处理，然后对腐蚀后的金属材料进行力学性能测试，例如拉伸、冲击和弯曲等试验。

电化学腐蚀试验是通过电化学方法对金属材料进行加速腐蚀，通过监测腐蚀电流和电位的变化来评价金属材料的腐蚀性能。

断裂韧性试验是对金属材料在腐蚀介质中的断裂性能进行评价，常用的测试方法有缺口冲击试验、KIC和JIC等断裂韧性试验。

这些实验方法可以评估金属材料在腐蚀环境中的断裂韧性，并提供依据和参考数据供工程的设计与应用。

需要注意的是，腐蚀对金属材料断裂韧性的影响是一个复杂的过程，受到多种因素的综合影响。

首先，腐蚀介质的性质和浓度会影响腐蚀速率和腐蚀产物的形成和附着情况，从而导致不同程度的断裂韧性下降。

其次，金属材料的化学成分和晶体结构也会影响腐蚀电化学反应的进行和腐蚀产物的生成，进而影响断裂韧性的改变。

专利名称：一种模拟剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀试验装置专利类型：实用新型专利
发明人：许进,覃清钰,白云龙,韦博鑫,于长坤,龙康,孙成
申请号：CN201821131633.6
申请日：20180717
公开号：CN208459249U
公开日：
20190201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及应力腐蚀试验领域，具体为一种模拟剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀试验装置。

交流电电源分别通过线路与石墨电极和X80管线钢连接，石墨电极的一端伸入剥离涂层电解池中的模拟土壤溶液，X80管线钢设置于剥离涂层电解池的底部，并与剥离涂层电解池中的模拟土壤溶液接触；X80管线钢的一端与应力加载框之间通过应力传感器连接，X80管线钢的另一端直接与应力加载框连接；电化学工作站分别通过线路与参比电极、Pt电极连接，参比电极、Pt电极的一端均伸入剥离涂层电解池中的模拟土壤溶液。

该装置用于研究剥离涂层环境中AC和SRB耦合作用下，管线钢应力腐蚀过程的力化效应和微区相电化学过程。

申请人：中国科学院金属研究所
地址：110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号
国籍：CN
代理机构：沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：张志伟
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应力腐蚀开裂对低合金钢线材的影响研究应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）是一种常见的腐蚀行为，它在材料的表面与环境条件同时存在应力时产生。

低合金钢是一种重要的结构材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等行业。

然而，由于应力腐蚀开裂的存在，低合金钢线材的安全性和可靠性受到了很大的影响。

因此，对应力腐蚀开裂对低合金钢线材的影响进行研究具有重要的工程应用价值。

首先，应力腐蚀开裂对低合金钢线材性能的影响主要表现为线材的力学性能下降、断裂韧性的减弱以及抗腐蚀性能的降低。

应力腐蚀开裂会导致低合金钢线材的断裂强度减小，使得线材在承受应力作用下更容易发生断裂。

应力腐蚀开裂还会破坏低合金钢线材的断裂韧性，使得其抵抗裂纹扩展和断裂的能力减弱。

此外，由于应力腐蚀开裂会使低合金钢表面的保护层破裂，抗腐蚀性能也会显著下降。

其次，影响应力腐蚀开裂的因素多种多样，包括应力状态、环境条件和材料本身等。

在应力状态方面，存在于低合金钢线材中的应力，如拉伸应力、压缩应力等，是引起应力腐蚀开裂的主要因素。

环境条件对应力腐蚀开裂也有着重要的影响，尤其是氯离子、硫化物离子、氢离子等在应力条件下的存在会加速钢材的腐蚀破坏。

同时，低合金钢线材的化学成分、晶粒度和组织结构等也会影响其对应力腐蚀开裂的抵抗能力。

其三，对低合金钢线材应力腐蚀开裂的研究主要包括实验方法和理论建模两方面。

实验方法通过模拟应力和环境条件下的腐蚀破坏行为，对低合金钢线材在不同条件下应力腐蚀开裂的过程进行观测和分析。

理论建模则通过建立数学模型和计算模拟，揭示低合金钢线材应力腐蚀开裂的机理和规律。

这两方面的研究相互协作，为理解和控制低合金钢线材的应力腐蚀开裂提供了有效的方法和手段。

最后，针对低合金钢线材的应力腐蚀开裂问题，可以采取一系列的防护措施和改进措施。

例如，可以通过表面处理、涂层保护、合金添加等方式提高低合金钢线材的抗腐蚀性能。

此外，在工程实践中，合理的设计结构和选用适当材料，可以减小低合金钢线材的应力水平，降低应力腐蚀开裂的发生概率。

管道防腐层的剥离管道防腐层的剥离2010-11-02 19:18:04| 分类：默认分类 | 标签： |字号大中小订阅3LPO管道防腐层的剥离Disbondments of 3LPO Pipeline Coatings摘要本文列举了最近十几年运行中的国外油气管道上3LPE和3LPP防腐层剥离的案例，介绍了国外在此方面的分析研究结果和今后的研究动向。

关键词：3LPE，3LPP，防腐层剥离，原因分析Abstract: The paper describes several failure cases of disbondments of 3LPE and 3LPP found on existing abroad oil and gas pipelines. Also it introduces the analysis result of the disbondment and the trend of future work in the world.Key words: 3LPE, 3LPP, coating disbondment, cause analysis一、引言3LPO是英文three layer polyolefin的缩写，表示三层聚烯烃防腐层体系。

常用的是3LPE（three layer polyethylene）三层聚乙烯防腐层体系和3LPP（three layer polypropylene）三层聚丙烯防腐层体系。

实质上，3LPO由三层组成：熔结环氧粉末（FBE）底漆、共聚物粘接剂中间层和聚乙烯或者聚丙烯外防护层。

图1 三层聚烯烃管道防腐层的结构从上世纪八十年代初，曼内斯曼公司（Mannesmann）用熔结环氧粉末（FBE）底漆取代以往采用的双组分环氧涂料，开发成功享有专利权的三层聚乙烯管道防腐层体系。

3LPO管道防腐层体系有优越的机械性能、耐高温（3LPP防腐层最高使用温度110℃），并有良好的补口配套方案，所以在世界各地得到了广泛采用，尤其在欧洲、亚洲、中东、南美洲。

管线钢在土壤环境中应力腐蚀破裂的研究的开题报告一、选题背景随着经济的发展，各种液体和气体的输送管道的需求不断增加。

管线钢是一种被广泛应用于输送管道的材料，具有优良的机械性能和耐腐蚀性能。

但是，管道在使用过程中会暴露在不同的环境中，例如土壤、海水等，这些环境中存在着腐蚀和应力等问题，导致管道容易出现应力腐蚀破裂现象。

因此，对于管线钢在土壤环境中的应力腐蚀破裂问题进行研究具有重要的意义。

二、研究内容本文将针对管线钢在土壤环境中的应力腐蚀破裂问题展开研究。

具体内容包括：1. 相关文献和资料的调研和分析，了解管线钢在土壤环境中的腐蚀和破裂机制，掌握国内外研究现状。

2. 采用实验方法，对管线钢在土壤环境中的应力腐蚀破裂进行研究。

选取不同土壤环境，设计不同的应力状态和载荷条件，并对各种条件下的管线钢材料的腐蚀率和应力腐蚀破裂时间进行实验测量。

3. 对实验结果进行统计分析，得出管线钢在不同土壤环境中的腐蚀率和破裂时间的比较，探讨不同条件下的应力腐蚀破裂机制和影响因素。

三、研究意义1. 为管线钢在土壤环境中的应用提供技术支持和指导，减少管道运行过程中的事故和故障。

2. 提高管线钢的抗腐蚀性能和应力腐蚀破裂的耐受能力，为其广泛应用于输送管道提供技术支持和可能性。

3. 拓展相关领域的研究，为后续研究提供相关论文和知识储备。

四、研究方法本文采用实验研究的方式，选取不同土壤环境，设计不同的应力状态和载荷条件，对管线钢的腐蚀率和应力腐蚀破裂进行测量，然后对实验数据进行分析、比较和总结。

五、研究进度目前已经完成了相关文献和材料的调研和分析工作，并开始设计实验方案和采购实验所需仪器和设备。

下一步将进入实验阶段，预计在六个月内完成实验和数据分析，并撰写出一篇完整的论文。

六、论文结构本文的结构包括：绪论、相关文献和资料分析、实验设计、实验结果分析、结论和参考文献。

其中，绪论部分主要介绍选题背景、研究意义、研究方法和研究进度等；相关文献和资料分析部分主要对管线钢在土壤环境中的应力腐蚀破裂问题进行回顾和分析；实验设计部分主要介绍本文的实验方案和方法；实验结果分析部分主要对实验数据进行统计分析和比较；结论部分总结本文研究的主要结论和贡献，并提出下一步研究的建议和展望。