关鸿鹏等：X70管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性 ·539· 2200um 200μm 200m 200um 图5X70钢母材在煤制气含氢环境下的裂纹扩展情况.(a)A面暴露前：(b)A面暴露30d后：(c)B面暴露前：(d)B面暴露30d后 Fig.5 Crack extension morphology of X70 steel base metal in coal gas containing hydrogen environment:(a)A side before exposure:(b)A side af- ter 30 d exposure:(c)B side before exposure:(d)B side after 30 d exposure d 200m 200um 200um 200m 图6X70钢焊缝在煤制气含氢环境下的裂纹扩展情况.(a)A面暴露前：(b)A面暴露30d后：(c)B面暴露前：(d)B面暴露30d后 Fig.6 Crack extension morphology of X70 weld metal in coal gas containing hydrogen environment:(a)A side before exposure:(b)A side after 30 d exposure;(c)B side before exposure:(d)B side after 30 d exposure 制三向应力，通过缓慢增加的位移，考察氢对试样从弹 性损失的影响，计算并比较分析每种条件下3个平行 性阶段、屈服阶段直至断裂过程的影响.将X70钢缺 试样相应的断面收缩率和延伸率，如图8所示.图8 口拉伸试样和慢应变速率拉伸试样分别在4MPa总 显示，无论在三向拉伸应力状态下或者在慢应变的准 压，0.2MPa氢气分压的模拟煤制气环境和空气环境 静载状态下，X70钢母材和焊缝的断后收缩率和延伸 下进行实验，拉伸曲线如图7所示.由图7可见，缺口 率在两种环境下基本一致，说明X70钢在预制缺口的 拉伸和慢应变速率拉伸状态下，X70管线钢的焊缝抗 三向应力集中区域，以及在缓慢增加的应变条件下，材 拉强度均略高于母材，但延伸率有明显降低，这说明 料的塑性均未发生明显损失.Moro等a的研究表明， X70钢焊缝区域的脆性高于母材：而对于同一取样位 就塑性损失来判别，高强管线钢的氢脆敏感性会随着 置的试样，在空气和在含氢煤制气环境下的拉伸曲线 氢气压力的增大而增大，直至达到临界氢压(5MP). 基本重合.表明该含氢煤制气环境并未对试验用X70 而本试验用材的服役环境为4MPa总压，O.2MPa氢气 钢的弹性模量、屈服强度和抗拉强度等产生明显的 分压的模拟煤制气环境，其氢气分压仅为0.2MP,与 影响. Moo等提出的临界氢压相差甚远，所以也解释了在该 为了进一步探讨该含氢煤制气环境对X70钢塑 模拟煤制气环境中，X70钢的氢致塑性损失并不明显关鸿鹏等: X70 管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性 图 5 X70 钢母材在煤制气含氢环境下的裂纹扩展情况． ( a) A 面暴露前; ( b) A 面暴露 30 d 后; ( c) B 面暴露前; ( d) B 面暴露 30 d 后 Fig． 5 Crack extension morphology of X70 steel base metal in coal gas containing hydrogen environment: ( a) A side before exposure; ( b) A side af￾ter 30 d exposure; ( c) B side before exposure; ( d) B side after 30 d exposure 图 6 X70 钢焊缝在煤制气含氢环境下的裂纹扩展情况． ( a) A 面暴露前; ( b) A 面暴露 30 d 后; ( c) B 面暴露前; ( d) B 面暴露 30 d 后 Fig． 6 Crack extension morphology of X70 weld metal in coal gas containing hydrogen environment: ( a) A side before exposure; ( b) A side after 30 d exposure; ( c) B side before exposure; ( d) B side after 30 d exposure 制三向应力，通过缓慢增加的位移，考察氢对试样从弹 性阶段、屈服阶段直至断裂过程的影响． 将 X70 钢缺 口拉伸试样和慢应变速率拉伸试样分别在 4 MPa 总 压，0. 2 MPa 氢气分压的模拟煤制气环境和空气环境 下进行实验，拉伸曲线如图 7 所示． 由图 7 可见，缺口 拉伸和慢应变速率拉伸状态下，X70 管线钢的焊缝抗 拉强度均略高于母材，但延伸率有明显降低，这说明 X70 钢焊缝区域的脆性高于母材; 而对于同一取样位 置的试样，在空气和在含氢煤制气环境下的拉伸曲线 基本重合． 表明该含氢煤制气环境并未对试验用 X70 钢的弹性模量、屈服强度和抗拉强度等产生明显的 影响． 为了进一步探讨该含氢煤制气环境对 X70 钢塑 性损失的影响，计算并比较分析每种条件下 3 个平行 试样相应的断面收缩率和延伸率，如图 8 所示． 图 8 显示，无论在三向拉伸应力状态下或者在慢应变的准 静载状态下，X70 钢母材和焊缝的断后收缩率和延伸 率在两种环境下基本一致，说明 X70 钢在预制缺口的 三向应力集中区域，以及在缓慢增加的应变条件下，材 料的塑性均未发生明显损失． Moro 等［16］的研究表明， 就塑性损失来判别，高强管线钢的氢脆敏感性会随着 氢气压力的增大而增大，直至达到临界氢压( 5 MPa) ． 而本试验用材的服役环境为 4 MPa 总压，0. 2 MPa 氢气 分压的模拟煤制气环境，其氢气分压仅为 0. 2 MPa，与 Moro 等提出的临界氢压相差甚远，所以也解释了在该 模拟煤制气环境中，X70 钢的氢致塑性损失并不明显 · 935 ·