【摘 要】
：
随着能源需求的日益增加,采用大口径高压力输送并选用高钢级管材成为油气管道的重要发展趋势,X80管线钢在我国得到了大规模的应用。但随着我国高压直流输电（HVDC）系统的快速发展,其导致的强电场干扰给管道的安全服役带了新的挑战。由于管线钢的强度越高,氢脆敏感性越高,埋地X80钢管道在强电场干扰下面临氢损伤风险。本文重点围绕X80管道在强阴极干扰下的氢脆风险,利用模拟电场及应力场条件下的原位氢渗透测试、
【基金项目】
：
国家自然科学基金面上项目（51871027）；
论文部分内容阅读
随着能源需求的日益增加,采用大口径高压力输送并选用高钢级管材成为油气管道的重要发展趋势,X80管线钢在我国得到了大规模的应用。但随着我国高压直流输电（HVDC）系统的快速发展,其导致的强电场干扰给管道的安全服役带了新的挑战。由于管线钢的强度越高,氢脆敏感性越高,埋地X80钢管道在强电场干扰下面临氢损伤风险。本文重点围绕X80管道在强阴极干扰下的氢脆风险,利用模拟电场及应力场条件下的原位氢渗透测试、断裂力学测试、显微组织和断口观察、裂纹微观表征等手段,建立了外部环境因素与氢渗透动力学参数间的关联,明确了强阴极干扰条件下X80钢管道的氢损伤规律和影响机制。得到结论如下:（1）针对埋地X80钢管道在服役过程中的强阴极干扰工况,明确了阴极电流密度和钙质沉积层对氢渗透行为的影响机制。在土壤环境中强阴极干扰条件下X80钢表面形成钙质沉积层,其成分和形态随阴极电流密度变化,通过影响氢吸附、脱附和复合动力学过程影响氢进入管材。10～75mA/cm2阴极电流密度下,X80钢表面沉积的多孔CaCO3膜层促进氢渗透,峰值亚表面氢浓度C0约0.8ppm;电流密度大于75mA/cm2时,表面形成致密的Mg（OH）2膜层,对氢渗透存在抑制作用。由于诱发X80钢样品氢致裂纹形核的平均氢浓度为2.85～3.20ppm,在没有外加应力条件下,10～125 mA/cm2的强阴极干扰难以直接诱发氢致裂纹形核。（2）针对强阴极干扰电场条件耦合力学条件的服役工况,设计了应力状态下原位氢渗透测试的方法和装置,明确了恒载荷、慢应变速率拉伸和交变应力等状态下的氢渗透动力学规律。基于应力诱导氢扩散影响下的亚表面氢浓度与裂尖氢分布的关系,建立了表征X80钢氢损伤的环境断裂韧性计算模型,氢致裂纹止裂门槛应力强度因子Kth与亚表面氢浓度C0符合:Kth∝-lnC0。针对实际工程用X80钢螺旋焊管管材,提出Kth=-0.4648lnC0-1.5040,并通过计算获得土壤环境中强阴极干扰条件下的Kth最小值为57.66 MPa.m1/2。（3）阐明了 X80钢管材显微组织特征及形态差异对氢脆敏感性的影响机制。实际钢管产品中组织形态及氢损伤特征分析表明,X80钢中M/A组元形状及其分布对氢脆敏感性有显著影响,沿轧制方向在针状铁素体晶界边缘分布的不规则M/A组元为X80钢氢致裂纹形核和扩展提供了优先途径。不同成分和制造工艺的X80钢管材,由于实际屈服强度、硬度和组织特征不同,导致氢致开裂敏感性差异显著。（4）针对现场取样获得的X80钢管道环焊缝接头,开展原位模拟环境下的断裂韧性特征值测试,明确了强阴极干扰对X80钢环焊缝氢致裂纹扩展的影响,晶粒粗大的贝氏体组织在强干扰下对氢致裂纹扩展更为敏感。在强阴极干扰条件下,环焊缝的裂纹尖端张开位移（CTOD）特征值均在0.2 mm以下,靠近实际裂纹处组织更为粗大的样品CTOD值仅为0.06 mm,断裂韧性降低了 84.2%,强阴极干扰下环焊缝可接受的裂纹型缺陷尺寸临界值显著降低。通过本文研究明确了 X80钢管道在HVDC等强阴极干扰条件下的氢脆敏感性,为高钢级管线钢的工程应用和服役安全提供了理论和实验数据支撑。
其他文献
近年来,无人机（UAVs）相关技术的快速发展使其在反恐、监控、媒体、农业、消防等众多领域得到了广泛的应用。但是,随着任务场景多样化以及作业环境的复杂化,对无人机的可靠性提出了更高的标准。因此,容错控制（FTC）受到航空航天、电子信息领域研究人员的广泛关注。本文以提高多旋翼无人机系统的可靠性为主要研究目标,使系统在存在执行器故障、传感器故障、故障估计错误、模型不确定性、外部干扰等情况下,依然保持良好
螺髻山是横断山脉与四川盆地的天然屏障,森林茂密,植物遍布。作者历时13天,在螺髻山地区,从河谷山川到雪域高原,从茂密森林到高山灌丛,考察了这里丰富多样的生态类型。
多移动机器人存取系统（robotic mobile fulfillment system,RMFS）是近年来物流领域广泛应用的一类自动存取系统。自寻址机器人车（autonomous vehicle,AV）之间的冲突是影响该系统运作效率的主要原因。本文围绕RMFS的机器人冲突问题,基于冲突预测探索减少冲突的多移动机器人存取系统调度方法,分别对RMFS的无冲突调度问题和动态调度问题展开研究,提出基于冲
实际控制系统通常会表现出环境突变、参数跳变、结构变化等混杂特性,因此混杂系统受到了广泛地研究与关注。马尔可夫跳变系统作为一类典型的混杂系统,能够较好地描述上述随机多模态特性,其分析与综合问题取得了一系列有价值的研究成果。然而,马尔可夫跳变系统的转移概率矩阵的时不变特性存在一定的局限性,考虑到半马尔可夫跳变系统具有时变概率分布函数的特点,因而具有更广泛的应用范围。另一方面,网络化控制系统已成为当今应
近年来,暴雨灾害频发,造成严重的人员伤亡和经济损失。水涝灾害后的城市除涝、河道疏浚作业迫切需要专业的应急技术装备,而履带装备以其良好的通过性,成为水下应急技术装备的首选。由于水下应急技术环境具有土壤稀软、流场复杂的特性,水下履带装备在行走作业时易出现滑移、倾翻等危险姿态。为保证水下履带装备行走作业的姿态稳定性,本文以水下履带装备为研究对象,通过理论推导、仿真分析和试验验证,对复杂流场环境中的水下履
超导现象自发现以来,一直是前沿且富有挑战的研究领域。提高超导临界温度和揭示高温超导机理是超导研究的主要目标,解决这两个问题的基础在于探索新的超导化合物。目前,超导临界温度常压下能超过40K的仅有铜基和铁基高温超导这两类体系,其中3d过渡族元素铜和铁是产生高温超导的关键。钴和镍元素在元素周期表中位于铁和铜之间,但是钻、镍基超导较少,寻找新的钴、镍基超导体是富有挑战的,而且对于理解铁基和铜基高温超导机
控制中间包钢液温度是提高连铸生产率和连铸坯质量的重要手段。由于中间包内钢液的热辐射和耐火材料吸热,钢液过热度通常会在15～50℃范围波动,导致钢材质量显著恶化,生产成本增加。等离子加热技术应用可以稳定钢液浇铸温度,实现低温、恒温浇铸,避免“断浇”事故。此外,保证拉速和生产节奏的稳定性,有利于整个连铸过程的连续稳定生产,且低温浇铸可以提高铸坯等轴晶比例,提高连铸坯质量。本论文首次将中空多石墨电极等离
钢的强度越高,则对氢脆越敏感,重轨钢尤其如此。MnS夹杂物是重轨钢中氢陷阱的主要来源之一。对MnS夹杂物的数量和尺寸进行控制是提高钢抗氢脆断裂性能的重要手段。同时,MnS包裹Al2O3或高Al2O3含量的硬脆性夹杂物后可改善钢的抗疲劳破坏性能。在成分控制上,国内重轨钢普遍控制S含量≤0.008%,国外的优质重轨则控制在中高S含量0.008～0.015%。国内中高硫钢中MnS夹杂物粗大的问题亟待解决
贵金属铂是电解水析氢反应（HER）过程中性能最优异的催化剂,但是由于铂的稀缺性,迫切需要开发新催化剂来减少或替代贵金属铂的使用。一种思路是开发新的铂基催化剂,通过对铂引入纳米结构、合金化等方法,来减少贵金属铂的使用;另一种思路是开发非铂基催化剂来替代贵金属铂的使用。三氧化钨具有优异的耐酸碱性特征,具有高稳定性且储量丰富等优点,但是作为析氢催化材料时,其本征析氢催化活性不高,需要做进一步优化。本文采
我国钢铁行业的CO2排放量约占全国CO2排放总量的15%,少数钢铁企业开展了工业尾气CO2捕集利用的工程建设,但原料气气源石灰窑和热电厂尾气中的CO2含量普遍小于30%,且石灰窑和热电厂区域距离转炉冶炼区域较远,造成CO2捕集项目的投资运行成本、能耗和占地面积大幅度增加。基于此,本文提出了“转炉炼钢CO-CO2质能转换自循环利用”的新工艺思路,采用转炉煤气富氧燃烧富集烟气中的CO2,降低CO2捕集