电化学充氢方法模拟H2S渗氢行为的探索研究

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1、试样裂纹敏感率(CSR)裂纹长度率(CLR)裂纹厚度率(CTR)原始000空冷3.280.490.05水淬6.960.980.096为了保证实验的准确性，对所有渗氢曲线都图1三种不同组织X80钢的氢渗透曲线Fig.1HydrogenpermeationcurvesofX80steelswiththreedifferentmicrostructures・电化学充氢方法模拟H2S渗氢行为的探索研究袁玮，黄峰；曲炎淼，刘静(武汉科技大学材料与冶金学院,湖北,武次,430083,E-mail:huangfeng@wust.edu.cn)摘要：本论文建立在课题组对X80钢进行不同方式的热处理得到可模拟

2、焊接热影响区的不同组织试样的前期研究基础上，对其进行氢致裂纹(HIC)敏感性测试。通过对不同组织X80钢进行饱和H?S渗氢实验来研究材料渗氢行为与其微观组织及H1C敏感性的关系，并探索一种电化学充氢方法来模拟湿饱和H?S环境，测量材料的氢渗透曲线，进而评价材料的HIC敏感性。结果表明：不同组织X80钢抗HIC敏感性的能力依次表现为针状铁素体>多边形铁素体>板条贝氏体，且三种组织的HIC敏感性结果都在可接受的范围内；可用氢渗透行为来评价材料的HIC敏感性，氢扩散通量,9和氢扩散系数Q级越小，阴极侧氢浓度Co越大，试样的HIC敏感性越大；在30mA/cm2电流密度下电解0.5mol/LH2SO4

3、+3.1X10-3mol/LNa4P2O7(毒化剂)溶液进行电化学充氢，可以模拟湿饱和HqS环境来进行氢渗透实验。关键词：X80管线钢；湿饱和H?S环境；电化学充氢；氢渗透曲线简介：X80级管线钢被广泛用作输送石油或天然气的管道用钢。管线钢内部H?S腐蚀是输气管线腐蚀的主要形式之一，而氢致裂纹(HIC)是H?S腐蚀中的主要方式⑴。本文通过HIC敏感性测试和H?S环境中渗氢实验的对比来研究不同组织X&)钢氢渗透行为与HIC敏感性的内在联系，为X80管线钢的应用提供防腐蚀理论依据。另外，探索一种电化学充氢方法来模拟湿饱和H?S环境，减少实验过程的危险性和对环境的污染。实验：采用NACETM028

4、4-2003标准对不同组织X80钢进行HIC测试。采用改进的Davanathan-Stachursky渗氢装置进行饱和H2S环境的渗氢行为研究。实验时，将试样固定于两电解池容器之间，试样暴露在两容器之间的面积为lcm2,阳极侧溶液为除氧的0.1mol/LNaOH；控制阳极电位为250mVSCE,当背底电流稳定后，向阴极侧加入NACE标准A溶液，即5%NaCl+0.5%冰醋酸水溶液，除氧后通入饱和的H2S气体至实验结束；用CHI660A电化学工作站记录阳极侧氢的氧化电流，获得渗氢曲线，并通过公式计算氢渗透数据⑵。电化学充氢方法模拟H2S环境的研究与验证：与饱和H?S环境的渗氢装置不同的是阴极侧

5、要施加10,15,20,25,30,35mA不等的阴极电流，阴极侧溶液为0.5mol/LH2SO4+3.1XIO'3mol/LNa4P2O7实验过程无需通入H2S气体，其他实验步骤均与上同。进行3・5次重复。结果与讨论：表1给出了三种不同组织X80钢的HIC敏感性数据，图1和表2分别给出三种不同组织试样的饱和H?S渗氢曲线与氢渗透数据。表1X80三种不同组织HIC敏感性测试结果Table.1ResultsofHICsensitivitytestsofX80steelwiththreedifferentmicrostructures表2X80三种不同组织的氢渗透数据Table・2hydroge

6、npermeationparametersofX80steelwiththreedifferentmicrostructures试样SmAJccX/xlO-11mol-cm^-s'1D^xlO'7cm2-s'1G/xlO5mol-cm3原始37342.012.095」14.10空冷86591.241.271.956.61水淬106040.881.091.596.86对比表1和表2可以明显看出：氢的扩散系数•和氢扩散通量丿e与钢材的HIC敏感性具有对应关系，即和人越小，越大，钢材HIC敏感性越高。图2分别为X80钢原始组织不同电流密度下的电化学渗氢曲线与饱和H?S环境渗氢曲线及空冷和水淬组织试

7、样在30mA/cm2电流密度下的电化学渗氢曲线与饱和H?S环境渗氢曲线。通过对比X80钢原始组织在不同电流密度下的渗氢数据可知:30mA/cm2电流密度下的渗氢行为湿饱和H?S渗氢行为最相似，误差均在可接受范围。另外，分别对X80空冷和水淬组织进行30mA/cn?电流密度下的电化学充氢渗氢实验，并计算相对其对应的饱和H2S环境氢渗透数据误差，发现误差均在可接受范围之内，如表3所示。因此，可初步推断30mA/c