劉雪，鐘史放，徐連勇,2，趙雷,2，韓永典,2

(1.天津大學(xué),天津,300350；2.天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津,300350)

0 序言

隨著中國(guó)工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的日益提升，石油消費(fèi)量增長(zhǎng)迅速并穩(wěn)居世界前列.然而經(jīng)過(guò)幾十年持續(xù)地開采，陸上油氣資源的儲(chǔ)量已經(jīng)所剩無(wú)幾，剩余儲(chǔ)量的開采難度和成本也在不斷加大，因此，逐漸將目光投向了蘊(yùn)藏著豐富的石油和天然氣資源的南海[1-3].深海油氣運(yùn)輸通常采用立管運(yùn)輸，焊接工藝被廣泛用于管道連接，但焊接是一個(gè)加熱不均勻的過(guò)程，容易在焊縫及熱影響區(qū)造成缺陷，同時(shí)還保留了較高的焊接殘余應(yīng)力，因此輸氣管線的失效位置一般為焊接接頭部位.在深海環(huán)境中，立管會(huì)受到浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和波、浪、流的震蕩所帶來(lái)的交變應(yīng)力，使其容易遭受疲勞破壞，并且深海油田中存在大量的二氧化碳、硫化氫和氯離子等介質(zhì)對(duì)立管有腐蝕作用.在交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下，深海立管的焊接接頭處容易發(fā)生腐蝕疲勞破壞[4-6].一旦輸氣管線發(fā)生腐蝕疲勞破壞而造成泄漏，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染.因此，加大對(duì)管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞的研究力度，對(duì)于石油化工行業(yè)來(lái)說(shuō)意義重大.

近年來(lái)，針對(duì)管線鋼的恒應(yīng)力腐蝕及疲勞性能開展了大量研究，但對(duì)X65 管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞研究相對(duì)較少.同時(shí)腐蝕疲勞影響因素的研究主要分為材料和環(huán)境條件的影響，對(duì)頻率、加載波形和腐蝕介質(zhì)等方面研究較多，對(duì)于應(yīng)力幅的影響研究較少.Farhad 等人[7]對(duì)比了X65 管線鋼在空氣和H2S 腐蝕環(huán)境中的疲勞行為，結(jié)果表明，在H2S 環(huán)境中試樣的疲勞強(qiáng)度顯著降低，同時(shí)，在較高的疲勞壽命下，其疲勞強(qiáng)度降低得更為顯著.王歧山等人[8]研究了不同加載波形下X65 管線鋼在模擬海水溶液中的腐蝕疲勞行為，結(jié)果表明，不同波形下的裂紋擴(kuò)展機(jī)制發(fā)生了變化，正鋸齒波時(shí)為陽(yáng)極溶解機(jī)制，正弦波和三角波時(shí)為陽(yáng)極溶解與氫脆協(xié)同作用機(jī)制.王晶[9]研究了加載頻率對(duì)X70 管線鋼的H2S 腐蝕疲勞行為的影響，研究表明，在較高的頻率區(qū)間時(shí)影響較小，而在頻率區(qū)間較低時(shí)，隨著加載頻率的增大，斷口上的韌窩數(shù)量增多，試樣的氫脆程度增大.

文中主要研究X65 管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞行為，測(cè)試X65 管線鋼焊接接頭在H2S 腐蝕環(huán)境下的S-N曲線.通過(guò)觀察試樣在不同應(yīng)力幅下斷口形貌和裂紋擴(kuò)展路徑，探究X65 管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞機(jī)理，分析應(yīng)力幅大小對(duì)腐蝕疲勞的影響機(jī)理，為提高X65 管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞壽命提供依據(jù).

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料與焊接工藝

母材(base metal，BM)采用天津鋼管制造有限公司生產(chǎn)的φ168 mm X65 管線鋼，壁厚為18.3 mm，填充焊絲為φ1.0 mm ER80S-G 焊絲.通過(guò)ZEISS Scope.A1 型光學(xué)顯微鏡(optical microscope，OM)以及ZEISS Sigma 300 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察 X65 管線鋼的組織，主要由準(zhǔn)多邊形鐵素體(quasi-polygonal ferrite，QF)、針狀鐵素體(acicular ferrite，AF)和少量彌散析出的碳化物組成，如圖1 所示.這些組織有利于母材的強(qiáng)度和韌性.X65 管線鋼和ER80SG 焊絲的具體化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1 和表2 所示.X65 管線鋼中Mn 元素主要起固溶強(qiáng)化的效果，微量元素Nb，V 主要起抑制滲碳體、珠光體的生成，促進(jìn)奧氏體向針狀鐵素體轉(zhuǎn)變，細(xì)化晶粒的作用.

表1 X65 管線鋼和ER80S-G 焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical compositions of X65 pipeline steel and ER80S-G welding wire

表2 X65 管線鋼和ER80S-G 焊絲的力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of X65 pipeline steel and ER80S-G welding wire

圖1 X65 管線鋼組織Fig.1 Microstructure photograph of X65 pipeline steel.(a) OM image;(b) SEM image

采用動(dòng)態(tài)振動(dòng)自動(dòng)送絲的熱絲TIG 焊(TIPTIG 焊)進(jìn)行焊接，焊接位置為5G，窄間隙坡口，鈍邊厚度為2 mm，鈍邊處過(guò)渡半徑為2 mm(平行段1.5 mm)，開口寬度為12.8 mm，坡口角度為8°，焊槍軸向角度為10°，鎢極直徑為4 mm.采用氬氣保護(hù)，氣體流量為15～ 20 L/min，具體焊接工藝參數(shù)如表3 所示.

表3 焊接工藝參數(shù)Table 3 Welding process parameters

1.2 腐蝕疲勞試驗(yàn)

疲勞測(cè)試方法參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3075—2008《金屬材料 疲勞試驗(yàn) 軸向力控制方法》和ASTM E466-15《Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials》進(jìn)行.在所有立管上切取小尺寸試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，保留根部焊縫余高形貌，蓋面焊縫打磨光亮，取樣位置和試樣形式如圖2 所示.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0177—2016《金屬在硫化氫環(huán)境中抗應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)》，選用NACE A 溶液，同時(shí)為了保證試驗(yàn)安全選用Na2S2O3代替飽和H2S 制備腐蝕環(huán)境，其中腐蝕溶液配比為0.001 mol/L Na2S2O3+NACE A(5%NaCl+0.5%CH3COOH)，溶劑為蒸餾水.

圖2 取樣示意圖和試樣尺寸Fig.2 Sampling diagram and sample size.(a) sampling diagram;(b) corrosion fatigue sample

在CORTEST 慢應(yīng)變速率應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，加載頻率為2 Hz.應(yīng)力水平按照標(biāo)準(zhǔn)API RP 2A-WSD《海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法 工作應(yīng)力設(shè)計(jì)法》規(guī)定的全尺寸試件的應(yīng)力水平和在殘余應(yīng)力測(cè)試中取得的焊縫及熱影響區(qū)的最大拉伸殘余應(yīng)力疊加來(lái)確定，考慮外加載荷平均應(yīng)力138 MPa 和焊接橫向殘余應(yīng)力200 MPa，選用平均載荷為338 MPa，動(dòng)載荷為50，75，100，150，200 MPa 5 種載荷級(jí)別，其中每種載荷4 個(gè)試驗(yàn)試樣.試驗(yàn)前將試樣表面打磨、拋光，以減小試件表面質(zhì)量對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響.試驗(yàn)后記錄相應(yīng)的應(yīng)力幅和循環(huán)次數(shù).

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24176—2009《金屬材料 疲勞試驗(yàn) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案與分析方法》處理試驗(yàn)數(shù)據(jù).疲勞強(qiáng)度和循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系為

式中：S為疲勞強(qiáng)度，用應(yīng)力范圍表示；N為循環(huán)次數(shù)；m，C為擬合常數(shù).通過(guò)Origin 軟件繪制兩種環(huán)境下的擬合S-N曲線，根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的疲勞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算出95%存活率的特征值，并采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系繪制曲線.

1.3 硬度試驗(yàn)

采用HV-10CCD 型顯微硬度計(jì)對(duì)X65 管線鋼焊接接頭金相試樣測(cè)量打底焊道的各區(qū)域的硬度值，加載載荷為98 N，加載時(shí)間為15 s.在距離焊接接頭下表面邊緣2 mm 處取點(diǎn)測(cè)量，在這條線上共計(jì)測(cè)量17 個(gè)點(diǎn)，焊縫中心處為第9 個(gè)點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間的間距為1 mm，取點(diǎn)示意圖如圖3 所示.

圖3 硬度測(cè)試分布Fig.3 Hardness test distribution

1.4 微觀檢驗(yàn)

分別采用240，400，800，1 200，1 500 目和2 000目的金相砂紙對(duì)X65 管線鋼焊接接頭金相試樣進(jìn)行手工磨制，在拋光機(jī)上加入粒度為W2.5 的金剛石拋光劑進(jìn)行拋光后，采用4%的硝酸酒精金相腐蝕液侵蝕20 s 左右.為比較打底焊各區(qū)域的組織和性能，通過(guò)ZEISS Scope.A1 型光學(xué)顯微鏡和ZEISS Sigma 300 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察其微觀組織結(jié)構(gòu).此外，在ZEISS Sigma 300 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察了X65 管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞試樣的斷口形貌和裂紋擴(kuò)展路徑.

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀組織

圖4 為X65 管線鋼焊接接頭的截面形貌.焊接接頭由BM、細(xì)晶熱影響區(qū)(fine grain heat affected zone，F(xiàn)GHAZ)、焊縫(weld metal，WM)、粗晶熱影響區(qū)(coarse grain heat affected zone，CGHAZ)4 個(gè)區(qū)域組成，母材、熱影響區(qū)、焊縫的邊界清晰可見.

圖4 X65 管線鋼焊接接頭截面形貌Fig.4 Cross-section morphology of X65 pipeline steel welded joints

圖5 為X65 管線鋼焊接接頭打底焊焊縫、粗晶熱影響區(qū)以及細(xì)晶熱影響區(qū)的顯微組織.焊縫主要由先共析鐵素體(ferrite，F(xiàn))、粒狀貝氏體(granular bainite，GB)和馬氏體/奧氏體(martensite/austenite，M/A)組元構(gòu)成，M/A 組元是硬脆相，不利于焊接接頭的韌性.粗晶熱影響區(qū)主要由板條貝氏體(lath bainite，LB)和GB 組成，晶粒較為粗大，原奧氏體晶界也清晰可見.而細(xì)晶熱影響區(qū)主要由AF 和GB組成，晶粒細(xì)小且分布較為均勻，韌性相對(duì)較好.

圖5 X65 管線鋼焊接接頭組織Fig.5 microstructure photograph of welded joints of X65 pipeline steel.(a) WM(OM);(b) WM(SEM);(c) CGHAZ(OM);(d) CGHAZ(SEM);(e) FGHAZ(SEM);(f) FGHAZ(SEM)

2.2 硬度分析

由于焊接接頭各區(qū)域的組織不同，導(dǎo)致其力學(xué)性能也不同.圖6 為X65 管線鋼焊接接頭打底焊道的顯微維氏硬度分布曲線.從圖6 可以看出，焊縫的硬度最大，離焊縫越遠(yuǎn)的熱影響區(qū)的硬度越低，靠近母材時(shí)達(dá)到最低.為了保證管線鋼焊接部位的服役安全性，其焊接接頭常采用等強(qiáng)或超強(qiáng)匹配，因此焊縫的硬度最高.熱影響區(qū)出現(xiàn)了局部軟化和硬化，軟化區(qū)主要是細(xì)晶熱影響區(qū)，其組織是由較軟的針狀鐵素體和粒狀貝氏體組成.而粗晶熱影響區(qū)具有粗大的晶粒，同時(shí)組織中存在著連續(xù)分布地鏈狀的M/A 組元，使其硬度僅次于焊縫.

圖6 顯微硬度分布Fig.6 Microhardness distribution

2.3 腐蝕疲勞行為分析

圖7 為X65 管線鋼焊接接頭在H2S 環(huán)境中的S-N曲線.表4 為H2S 腐蝕環(huán)境下最終所得的SN曲線擬合參數(shù)結(jié)果.從S-N曲線可以看出，X65管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞壽命與應(yīng)力幅的相關(guān)性較強(qiáng)，應(yīng)力幅值越大，試樣的腐蝕疲勞壽命越低.

表4 X65 管線鋼焊接接頭S-N 曲線擬合參數(shù)Table 4 S-N curve fitting parameters of X65 pipeline steel welded joint

圖7 X65 管線鋼焊接接頭的S-N 曲線Fig.7 S-N curves of X65 pipeline steel welded joint

圖8 和圖9 為X65 管線鋼焊接接頭在50，75，100，150，200 MPa 應(yīng)力幅下的腐蝕疲勞斷口形貌.從所有應(yīng)力幅下斷口可以發(fā)現(xiàn)，裂紋均起源于試樣表面，因此H2S 環(huán)境會(huì)促使疲勞裂紋在試樣表面萌生.疲勞試樣裂紋源主要來(lái)源于余高處的焊接缺陷，如未熔合、咬邊等，這些地方存在著局部應(yīng)力集中.在應(yīng)力幅為50，75 MPa 時(shí)試樣斷口中出現(xiàn)了有多個(gè)疲勞裂紋源的情況，由于各個(gè)裂紋之間相互交叉、連接，使斷口呈現(xiàn)凹凸不平.此外，還觀察到在低應(yīng)力幅50，75 MPa 時(shí)斷口表面存在著大量的腐蝕產(chǎn)物，而高應(yīng)力幅下的試樣表面腐蝕產(chǎn)物較少.這是因?yàn)殡S著應(yīng)力幅的減小，裂紋尖端與腐蝕液的接觸時(shí)間變長(zhǎng)，加速了裂紋尖端金屬的腐蝕，腐蝕作用更為明顯.但腐蝕產(chǎn)物FeS[10]比較疏松，并不能隔絕試樣表面與腐蝕介質(zhì)的反應(yīng)，而且大量的腐蝕產(chǎn)物會(huì)使試樣的腐蝕電位增大，進(jìn)而加劇了試樣的腐蝕.此外，腐蝕產(chǎn)物對(duì)氫滲透有一定的阻礙作用[10]，所以低應(yīng)力幅下的氫脆現(xiàn)象不太明顯.

圖8 Δσ=50，75 MPa 時(shí)X65 管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞斷口Fig.8 Corrosion fatigue fractures of X65 pipeline steel welded joint at Δσ=50,75 MPa.(a) crack source at Δσ=50 MPa;(b) corrosion products at Δσ=50 MPa(200×);(c) corrosion products at Δσ=50 MPa(100×);(d) crack source 1 at Δσ=75 MPa;(e)crack source 2 at Δσ=75 MPa;(f) corrosion products at Δσ=75 MPa

圖9 Δσ=100，150，200 MPa 時(shí)X65 管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞斷口Fig.9 Corrosion fatigue fractures of X65 pipeline steel welded joint at Δσ=100,150,200 MPa.(a) crack source at Δσ=100 MPa;(b) secondary crack at Δσ=100 MPa;(c) fatigue striation at Δσ=100 MPa;(d) crack source at Δσ=150 MPa;(e) secondary crack at Δσ=150 MPa;(f) fatigue striation at Δσ=150 MPa;(g) crack source at Δσ=200 MPa;(h) secondary crack at Δσ=200 MPa;(i) fatigue striation at Δσ=200 MPa

如圖9 所示，應(yīng)力幅為100，150，200 MPa 時(shí)斷口表面呈解理斷裂形貌，存在著較多的解理面以及二次裂紋.從圖9a 觀察到了河流狀花樣，裂紋沿著箭頭所示方向呈河流狀花樣向前擴(kuò)展.因此在腐蝕環(huán)境下，試樣的韌性急劇下降.在H2S 環(huán)境中，一方面加速了陰極反應(yīng)，環(huán)境中的氫原子隨之增多，因?yàn)樯傻母g產(chǎn)物使試樣的腐蝕電位增大；另一方面，S2-和HS-能夠抑制陰極反應(yīng)的氫原子結(jié)合成氫氣從而滲透進(jìn)試樣基體中，導(dǎo)致試樣中的氫原子濃度增大，氫原子的存在會(huì)導(dǎo)致試樣發(fā)生氫脆失效，因此疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程中脆性斷裂特征明顯.在應(yīng)力幅50，75 MPa 時(shí)斷口中并未找到疲勞輝紋，而在應(yīng)力幅100，150，200 MPa 時(shí)觀察到明顯的疲勞輝紋.一方面，疲勞輝紋是交變應(yīng)力的不斷變化引起的，如果交變應(yīng)力的變化范圍較大，也即應(yīng)力幅較高時(shí)更易形成疲勞輝紋，疲勞輝紋越明顯；另一方面，應(yīng)力幅較小時(shí)受H2S 腐蝕作用也越久，腐蝕介質(zhì)可能會(huì)使疲勞輝紋溶解，疲勞斷口的特征就比較模糊.測(cè)量距裂紋源相同距離的疲勞輝紋，應(yīng)力幅100 MPa 下疲勞輝紋平均間距為0.528 μm，應(yīng)力幅150 MPa 下疲勞輝紋平均間距為0.793 μm，應(yīng)力幅200 MPa 下疲勞輝紋平均間距為0.866 μm，隨著應(yīng)力幅的增大，疲勞輝紋間距也越大.疲勞輝紋是每次應(yīng)力循環(huán)下，裂紋尖端塑性鈍化所遺留的痕跡，疲勞輝紋之間的間距即為每次應(yīng)力循環(huán)下擴(kuò)展的距離.因此應(yīng)力幅越大，腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的速率也越快.

圖10 和圖11 分別為應(yīng)力幅150，200 MPa 下腐蝕疲勞斷裂試樣側(cè)面的主裂紋擴(kuò)展路徑圖.試樣主裂紋首先在余高處萌生，受應(yīng)力控制的影響，垂直應(yīng)力方向擴(kuò)展，依次經(jīng)過(guò)了硬度較高的粗晶熱影響區(qū)和焊縫組織，這表明粗晶熱影響區(qū)和焊縫的氫脆敏感性較高.如圖10b 和圖11b 所示，在兩個(gè)應(yīng)力幅下試樣表面上存在由H2S 腐蝕作用下形成的腐蝕坑，腐蝕坑周圍的應(yīng)力集中程度將顯著增加，進(jìn)而促進(jìn)疲勞裂紋快速萌生.同時(shí)，在斷口附近觀察到較多的二次裂紋，有的二次裂紋有多個(gè)分支，這表明試樣韌性在H 的作用下明顯下降.距離試樣表面較近的二次裂紋較寬，隨著二次裂紋深入基體內(nèi)部，其變得細(xì)長(zhǎng)，裂紋尖端有鈍化的傾向，使裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展變得困難.

圖10 Δσ=150 MPa 時(shí)X65 管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展路徑Fig.10 Propagation path of corrosion fatigue crack of X65 pipeline steel welded joint at Δσ=150 MPa.(a) typical corrosion pit;(b)crack propagation front;(c) secondary crack;(d) M/A component near the secondary crack

圖11 Δσ=200 MPa 時(shí)X65 管線鋼焊接接頭腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展路徑Fig.11 Propagation path of corrosion fatigue crack of X65 pipeline steel welded joint at Δσ=200 MPa.(a) typical corrosion pit;(b) crack passivation;(c) crack propagation front;(d) secondary crack

從應(yīng)力幅150 MPa 下腐蝕疲勞二次裂紋擴(kuò)展圖發(fā)現(xiàn)，裂紋擴(kuò)展主要沿著貝氏體板條束的晶界擴(kuò)展，屬于沿晶斷裂，是典型的脆性斷裂特征.有的二次裂紋遇到先共析鐵素體時(shí)停止擴(kuò)展，同時(shí)在M/A 組元附近也觀察到了二次裂紋.貝氏體板條束界為大角度晶界[11-12]，在此晶界上易于發(fā)生氫原子的聚集結(jié)合，使晶界上的氫壓過(guò)大，容易形成裂紋并擴(kuò)展.先共析鐵素體內(nèi)部的位錯(cuò)密度較低[13]，可以為位錯(cuò)提供活動(dòng)的余地，因而它能夠產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)位錯(cuò)在此處發(fā)生纏結(jié)和堆積的可能性較小.因此通過(guò)產(chǎn)生變形緩解了裂紋尖端的應(yīng)力集中，先共析鐵素體能夠止住裂紋的擴(kuò)展，提高了試樣的抗氫脆能力.而試樣中形狀不規(guī)則的M/A 組元是硬脆相，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，其引起的應(yīng)力集中較大，降低了抗裂紋擴(kuò)展的能力，使試樣的斷裂韌性顯著降低.

從應(yīng)力幅200 MPa 下H2S 腐蝕疲勞二次裂紋擴(kuò)展圖觀察到裂紋沿著貝氏體板條束擴(kuò)展，裂紋尖端在針狀鐵素體處產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，這說(shuō)明針狀鐵素體有著較好的抵抗裂紋擴(kuò)展的能力.從圖11d 可以看出針狀鐵素體較為細(xì)小.研究表明，這種組織內(nèi)部的位錯(cuò)密度較高，易發(fā)生位錯(cuò)纏結(jié)，位錯(cuò)纏結(jié)處是氫原子的聚集地[12-13].因?yàn)槲诲e(cuò)數(shù)量較多，在每個(gè)位錯(cuò)處被捕獲的氫原子就少，被捕獲的氫原子會(huì)結(jié)合成氫分子，但量較少不足以達(dá)到產(chǎn)生裂紋的臨界氫壓.通過(guò)使氫在試樣中的分布更加分散，針狀鐵素體能夠減輕氫的吸收給材料帶來(lái)的不利影響[14-16].同時(shí)，針狀鐵素體大角度晶界較多，裂紋擴(kuò)展時(shí)其阻礙屏障也比較多，有著良好的抗裂紋擴(kuò)展和氫脆能力.

X65 管線鋼焊接接頭在H2S 腐蝕環(huán)境中腐蝕疲勞機(jī)理為陽(yáng)極溶解＋氫脆.一方面，陰極反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子滲透進(jìn)試樣基體中，擴(kuò)散到應(yīng)力集中區(qū)域造成試樣發(fā)生氫脆失效；另一方面，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，裂紋尖端發(fā)生了較大的應(yīng)變導(dǎo)致活化，電極電位顯著降低成為陽(yáng)極，試樣與H2S 腐蝕液接觸發(fā)生陽(yáng)極溶解加速裂紋擴(kuò)展，但低應(yīng)力幅下H2S 的腐蝕作用對(duì)試樣帶來(lái)的損傷更大.

3 結(jié)論

(1) X65 管線鋼焊接接頭焊縫的顯微組織主要由先共析鐵素體、粒狀貝氏體和M/A 組元構(gòu)成，M/A 組元增大了焊縫的脆性.而粗晶熱影響區(qū)主要由板條貝氏體和粒狀貝氏體組成.

(2) X65 管線鋼焊接接頭焊縫的硬度最大，離焊縫越遠(yuǎn)，熱影響區(qū)的硬度越低.熱影響區(qū)出現(xiàn)了局部軟化和硬化，軟化區(qū)主要是細(xì)晶熱影響區(qū).

(3) 在不同應(yīng)力幅下X65 管線鋼焊接接頭的腐蝕疲勞機(jī)理均為陽(yáng)極溶解+氫脆混合機(jī)制，但低應(yīng)力幅下H2S 的腐蝕作用對(duì)試樣帶來(lái)的損傷更大.隨著應(yīng)力幅的降低，腐蝕疲勞壽命顯著提高.此外應(yīng)力幅越大，裂紋擴(kuò)展的速率也越快.

(4) H2S 腐蝕環(huán)境下的疲勞試樣主裂紋在余高處萌生，垂直應(yīng)力方向擴(kuò)展，依次經(jīng)過(guò)了粗晶熱影響區(qū)和焊縫組織，二次裂紋主要沿著貝氏體板條束的晶界擴(kuò)展，裂紋尖端在針狀鐵素體和先共析鐵素體處產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，這兩類組織有著良好的抗氫脆能力.