X80管线钢的土壤腐蚀行为研究内容简介

本书全面介绍作者研究团队近年来对X80管线钢在我国典型腐蚀性土壤环境中的腐蚀实验成果，展示了腐蚀研究方法、腐蚀数据积累和腐蚀行为规律与机理等方面的研究成果。同时，本书详细介绍X80管线钢及其焊缝在不同pH土壤环境中的应力腐蚀规律与机理方面的研究成果。全书以我国西气东输管线经过的典型腐蚀性土壤为背景，以室内模拟和加速腐蚀实验为手段，考虑了X80管线钢在服役中可能产生的各种腐蚀形式（点腐蚀、应力腐蚀和微生物腐蚀等），开展系统的研究工作，研究成果可为X80管线钢在我国土壤环境中的服役提供翔实可靠的基础腐蚀数据，为管线的长周期安全运行提供科学依据。

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 油气管线钢的服役现状与发展趋势 1

1.2 油气管线钢土壤腐蚀实验研究的背景与重要意义 3

1.3 X80管线钢服役的腐蚀环境及其特点 5

1.4 土壤腐蚀的主要影响因素 6

1.4.1 中国土壤腐蚀网站建设 6

1.4.2 材料腐蚀实验点的土壤环境性质 7

1.4.3 土壤腐蚀电池与电极过程 8

1.4.4 土壤腐蚀的影响因素 10

1.5 土壤腐蚀实验研究方法 15

1.5.1 室外现场实验 15

1.5.2 室内实验 18

1.6 X80管线钢土壤腐蚀研究工作进展 20

参考文献 21

第2章 X80管线钢在新疆土壤中的腐蚀行为研究 27

2.1 长输管线的土壤腐蚀 27

2.2 实验材料与方法 29

2.2.1 实验材料与试样制备 29

2.2.2 实验介质 30

2.2.3 实验方法 30

2.3 理化性能测试 31

2.3.1 拉伸性能测试 31

2.3.2 冲击性能测试 33

2.3.3 弯曲性能测试 34

2.3.4 硬度测试 35

2.3.5 落#撕裂实验 37

2.3.6 金相组织分析 37

2.3.7 焊接对主体管道影响程度和范围分析 41

2.4 实验结果与讨论 43

2.4.1 X80管线钢在霍尔果斯水饱和土壤中的腐蚀行为研究 43

2.4.2 X80管线钢在乌鲁木齐土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究 47

2.4.3 X80管线钢在连木沁土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究 69

2.4.4 X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究 98

2.5 本章结论 107

参考文献 108

第3章 X80管线钢在青海土壤中的腐蚀行为研究 110

3.1 实验材料与方法 110

3.2 实验结果分析与讨论 111

3.2.1 腐蚀速率的测定 111

3.2.2 腐蚀形貌观察及分析 112

3.2.3 极化曲线分析 117

3.2.4 机理分析 119

3.3 本章结论 120

参考文献 120

第4章 X80管线钢在甘肃土壤中的腐蚀行为研究 121

4.1 实验材料与方法 121

4.1.1 实验材料与试样制备 121

4.1.2 实验介质 121

4.1.3 实验方法 122

4.2 实验结果分析与讨论 122

4.2.1 失重分析 122

4.2.2 腐蚀形貌观察与分析 123

4.3 本章结论 144

第5章 X80管线钢在陕西水饱和土壤中的腐蚀行为研究 146

5.1 实验材料与方法 146

5.1.1 实验材料与试样制备 146

5.1.2 实验介质 147

5.1.3 电化学测量 147

5.1.4 腐蚀形貌观察 147

5.2 实验结果分析与讨论 147

5.2.1 X80管线钢在靖边水饱和盐渍土壤中的腐蚀行为研究 147

5.2.2 X80管线钢在榆林碱性沙土中的腐蚀行为研究 153

5.2.3 X80管线钢在延安水饱和土壤中的腐蚀行为研究 157

5.3 本章结论 161

参考文献 162

第6章 X80管线钢在河南水饱和土壤中的腐蚀行为研究 163

6.1 实验材料与方法 163

6.1.1 实验材料与试样制备 163

6.1.2 实验介质 163

6.1.3 电化学测量 163

6.1.4 腐蚀形貌观察 164

6.2 实验结果分析与讨论 164

6.2.1 电化学分析 164

6.2.2 腐蚀形貌观察及分析 166

6.3 本章结论 168

参考文献 169

第7章 X80管线钢在重庆水饱和土壤中的腐蚀行为研究 170

7.1 实验材料与方法 170

7.1.1 实验材料与试样制备 170

7.1.2 实验介质 170

7.1.3 电化学测量 171

7.1.4 腐蚀形貌观察 171

7.2 实验结果分析与讨论 171

7.2.1 电化学分析 171

7.2.2 腐蚀形貌观察及分析 173

7.3 本章结论 175

参考文献 175

第8章 X80管线钢在东南酸性土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究 177

8.1 实验材料与方法 177

8.1.1 实验材料与试样制备 177

8.1.2 实验溶液 178

8.1.3 电化学腐蚀实验 178

8.1.4 表面形貌观察与腐蚀产物分析 178

8.2 实验结果分析与讨论 179

8.2.1 宏观形貌观察 179

8.2.2 微观SEM形貌观察和EDS分析 179

8.2.3 腐蚀速率测定 182

8.2.4 极化曲线测量 182

8.3 本章结论 184

参考文献 184

第9章 X80管线钢在海滨盐碱土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究 186

9.1 实验材料与方法 186

9.1.1 实验材料与试样制备 186

9.1.2 实验溶液 186

9.1.3 电化学腐蚀实验 186

9.1.4 表面形貌观察与腐蚀产物分析 187

9.2 实验结果分析与讨论 187

9.2.1 宏观形貌观察 187

9.2.2 微观SEM形貌观察和EDS分析 187

9.2.3 腐蚀速率测定 191

9.2.4 极化曲线测量 191

9.3 本章结论 193

参考文献 193

第10章 X80管线钢在库尔勒土壤中的微生物腐蚀规律研究 194

10.1 微生物腐蚀研究进展 194

10.1.1 微生物腐蚀研究意义 194

10.1.2 微生物腐蚀研究现状 195

10.1.3 生物膜与生物附着 197

10.1.4 微生物腐蚀形成的表面膜层对腐蚀动力学的影响 200

10.2 实验过程与方法 201

10.2.1 实验菌种 201

10.2.2 实验过程 202

10.3 实验结果分析与讨论 205

10.3.1 电化学分析 205

10.3.2 表面形貌观察与分析 207

10.3.3 腐蚀机理分析 217

10.4 本章结论 218

参考文献 219

第11章 天然气管道土壤应力腐蚀开裂研究现状 222

11.1 应力腐蚀开裂研究背景与意义 222

11.1.1 硫化物应力腐蚀开裂 223

11.1.2 高pH应力腐蚀开裂 224

11.1.3 近中性pH应力腐蚀开裂 224

11.2 应力腐蚀开裂的影响因素 225

11.2.1 材料因素 225

11.2.2 环境因素 227

11.2.3 力学因素 228

11.3 应力腐蚀开裂研究现状 228

11.3.1 应力腐蚀开裂机理研究进展 228

11.3.2 应力腐蚀开裂敏感性评定参数 229

11.3.3 应力腐蚀开裂实验方法 231

11.4 应力腐蚀开裂研究热点 231

11.4.1 应力腐蚀开裂的机理研究 231

11.4.2 应力腐蚀开裂的裂纹扩展特征研究 232

11.4.3 应力腐蚀开裂的寿命预测与模型研究 233

11.4.4 应力腐蚀开裂的现场调查程序和评估做法研究 234

11.4.5 应力腐蚀开裂的完整性评价方法研究 237

11.4.6 应力腐蚀开裂的预防措施研究 239

11.4.7 应力腐蚀开裂的检测及监测方法研究 239

参考文献 241

第12章 0.8 设计系数用X80管线钢断裂韧性测试 243

12.1 断裂韧性测试方法 243

12.2 实验过程与方法 244

12.2.1 实验原理 244

12.2.2 实验材料 245

12.2.3 断裂韧性测试 245

12.2.4 起裂点的判定 248

12.3 X80管线钢断裂韧性实验研究 248

12.4 X80管线钢失效评估图研究 251

12.4.1 双判据法原理 252

12.4.2 X80管线钢选择曲线3失效评估图建立 253

12.5 本章结论 256

参考文献 256

第13章 0.8 设计系数用X80管线钢在近中性NS4溶液中的SCC行为研究258

13.1 实验方法及过程 259

13.1.1 实验材料与试样制备 259

13.1.2 实验条件与过程 260

13.2 实验结果与分析 260

13.2.1 三种X80管线钢SSRT实验结果 260

13.2.2 断口形貌观察 263

13.2.3 断口侧面形貌分析 272

13.3 本章结论 274

第14章 焊缝类型和阴极保护对X80管线钢的SCC行为影响研究 276

14.1 实验方法及过程 277

14.1.1 实验材料与试样制备 277

14.1.2 实验条件与过程 279

14.2 实验结果与分析 279

14.2.1 不考虑阴极保护电位情况下X80管线钢的SCC实验结果 279

14.2.2 考虑阴极保护电位的情况下X80管线钢的SCC实验结果 287

14.3 本章结论 297

参考文献 297

第15章 X80管线钢在近中性pH环境中临界破断应力研究 299

15.1 实验方法及过程 299

15.1.1 试样尺寸及形状 299

15.1.2 实验环境 299

15.2 实验结果与分析 301

15.3 本章结论 303 2100433B

本课题结合室内外试验，围绕高强管线钢土壤腐蚀的敏感服役环境因素及其形成机制、微观腐蚀动力学机制、腐蚀的不同阶段（均匀腐蚀-点蚀-应力腐蚀）关键影响因素及其电化学机制的演变过程等科学问题，系统研究了X70、X80、X100等高强管线钢在我国典型土壤环境中的腐蚀行为规律及关键影响因素，取得的主要创新性结果如下： 1）在我国典型中度酸性土壤地区（鹰潭）、强酸性土壤地区（西双版纳）、干旱碱性盐渍土地区（库尔勒和格尔木）、高含水碱性盐土（天津大港）以及高原碱性低盐土地区（拉萨）进行裸试样和带剥离涂层的高强管线钢现场埋片试验及室内试验获得了裸样及涂层下的管线钢腐蚀环境的形成规律及高强管线钢的腐蚀规律及相关影响因素。 2）通过形成的系列化的实验室模拟与加速实验新技术，获得了管线钢剥离涂层下敏感腐蚀环境的形成规律及机理，腐蚀微区电化学动力学-力学电化学的交互作用机制，以及外加电位、微观组织结构和微生物对腐蚀的影响等；系统描述了管线钢外部腐蚀的孕育期及早期腐蚀行为。 3）完善了高强管线钢局部腐蚀-应力腐蚀萌生、发展的电化学机理，提出并完善了应力腐蚀的非稳态电化学机制，提出了弱交流杂散电流促进高强管线钢应力腐蚀的非稳态极化状态促进点蚀或应力腐蚀微观电化学模型。 4）通过建立的高强管线钢在土壤环境中的微区相电化学的原位微区电化学手段及相关研究揭示了应力腐蚀发生发展与微观组织结构的关系。 5）揭示了氢致韧性作用在阴保条件下管线钢应力腐蚀萌生及扩展中的作用机制，发现了氢致韧性效应能推迟SCC的萌生及减缓循环载荷下裂纹的扩展速率。 6）结合现场实验和室内模拟与加速实验研究，确认了土壤pH、含盐量及其成分、含水率及干湿交替环境、剥离涂层环境、阴保电位、组织结构、微生物和受力状态及应力水平对高强管线钢土壤腐蚀行为机理具有重要影响，取得的系列成果对管线钢防护工程实践及学科发展产生了巨大推动作用。

本课题将在实土埋样和模拟溶液腐蚀研究的基础上，对高强管线钢在土壤薄液膜下的腐蚀电化学机理开展系统研究，通过对比实土埋样、模拟溶液和土壤薄液膜下的腐蚀行为与机理，进一步加深对土壤腐蚀主要影响因素的认识；系统开展土壤薄液膜下高强管线钢腐蚀的相电化学机制以及应力腐蚀裂纹萌生和扩展不同演化阶段及其关键影响因素研究，进一步揭示高强管线钢在我国土壤环境中腐蚀和应力腐蚀的关键影响因素；确定涂层下闭塞薄液环境对局部腐蚀的促进作用及其电化学机理，确定显微组织所对应的微电极过程动力学过程对局部腐蚀萌生与扩展的影响机制，结合非稳态电化学理论建立并进一步发展高强钢应力腐蚀裂纹扩展安全评价理论与测试方法。该课题不仅能为我国高强管线钢的性能优化、管线防护及安全评价提供更完善的理论依据，而且能提升土壤环境腐蚀的研究水平，具有重要的实际工程价值和理论意义。

近十年来中国天然气需求量大幅度增长，输送能力有了长足发展，天然气输送用管线钢级从X60 迅速提高到了X80。2005 年中国首条X80 钢级管道应用工程在冀宁线上建成。武钢、宝钢、鞍钢为工程提供X80 管线板卷和钢板，宝鸡、华北及巨龙钢管公司为工程完成制管。

早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：C≤0.2%，合金元素≤3～5%。随着管线钢的进一步发展，到60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年，API标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。

我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。“六五”期间，我国开始按照API标准研制X60、X65管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢，并在涩宁兰管道工程上得到成功应用。